《中国激光》创刊出版逾500期,值此喜庆时刻,编辑部特别制作了'中国激光大科学装置'专题,奉献给广大读者和激光科技工作者。大科学装置是建立具备强大国际竞争力的大型科研基地的重要条件,也是现代科学技术诸多领域取得突破的必要条件,对科技发展具有重要的里程碑式意义。
上海超强超短激光实验装置(SULF)是上海建设具有全球影响力的科创中心、打造世界级重大科技基础设施集群的首批重大项目之一。结合国内外超强超短激光研究现状和趋势,简单介绍了SULF的研制背景、建设现状和未来主要应用和发展方向。
神光Ⅱ大型固体高功率激光装置是我国激光驱动器发展历史的里程碑,其成功研制使我国高功率固体激光工程与技术、聚变物理与基础物理研究实现了全面且本质的跨越式发展。简要概述了神光Ⅱ激光装置研制中创新发展的大量工程方案与技术手段,举例介绍了神光Ⅱ激光装置在近20年来的高质量运行中取得的众多有国际影响力的研究成果。经多方支持和多年持...
巨型高峰值功率激光装置的总体规模与性能是一个国家在强激光技术研究与应用领域综合实力的集中体现。简要介绍了装置基本结构、关键科学技术与工程问题以及总体设计要素,回顾了两台中国二代巨型高峰值功率激光装置的基本状态与技术特点,展望了未来中国高峰值功率激光技术与工程发展的基本趋势。
上海软X射线自由电子激光装置(SXFEL)是中国第一台X射线相干光源,其最短波长可达到2nm。这台基于1.5GeV C波段高梯度电子直线加速器的激光装置包含1条种子型自由电子激光(FEL)束线、1条自放大自发辐射束线以及5个实验站。整个装置的研制分试验装置(SXFEL-TF)和用户装置(SXFEL-UF)两个阶段进行,基于0.84GeV直线加速器的SXFEL-TF以掌握种子型FEL级...
先进光源的发展在前沿科学研究中发挥的作用越来越重要。近十年来,飞速发展的自由电子激光技术为科学家们提供了探索未知世界、发现新科学规律和实现技术变革的重要工具。建成的大连极紫外(EUV)相干光源的运行波段为50~150nm,单脉冲能量大于100μJ,且可提供10-12 s和10-13 s量级的超快激光脉冲,是我国第一台自由电子激光用户装置,并且是国际上唯...
微波光子变频与移相技术是微波光子雷达的两个关键技术,若在实现微波光子变频的同时完成移相,可以大幅降低微波光子雷达系统的复杂度和体积。本研究基于光电振荡环路提出一种可同时完成微波光子变频与移相的方法,利用光电振荡环路对基频微波信号进行上变频,通过改变光电振荡器的输出频率,实现1.6~21.16GHz可调谐上变频;调节可调谐激光器的输出波...
为了探究正交波罗(Porro)棱镜谐振腔的模式,在菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式的基础上,采用快速傅里叶变换数值模拟的方法,对Porro棱镜谐振腔输出模式进行了仿真计算。通过比较不同脊线宽度和直角制造误差的情况,给出了正交双Porro棱镜谐振腔腔保持单横模运转的条件。仿真结果表明,Porro棱镜的加工误差在18μm以下和角度误差在2″以下可保证输出光...
制作了一种单纵模超窄线宽环形腔掺铥光纤激光器,使用未抽运的保偏掺铥光纤作为饱和吸收体,结合光纤光栅法布里-珀罗滤波器,实现了激光器的单纵模运转和超窄线宽输出。实验结果表明:激光器在室温下可以获得中心波长为1942.03nm、光信噪比为63dB的稳定输出。通过100min的连续测量,激光输出功率的波动小于0.62dB,中心波长的波动小于光谱仪的最小分...
报道了一种可在低温环境下和100℃以上的宽温范围内稳定工作的纳秒级被动调Q的Nd…YAG激光器。谐振腔采用抗失谐的双Porro棱镜组合腔型,以热电制冷器控温的垂直腔面发射激光器侧面抽运Nd…YAG板条晶体,被动调Q晶体为Cr4+…YAG。在抽运峰值功率为1kW,重复频率为1Hz的条件下,测量了激光器在不同温度下的工作情况。结果表明在-75~40℃温度范围内,激...
提出了一种基于遗传算法的平面焊缝特征点提取方法。采用中值滤波、阈值分割法对焊缝图像进行预处理,以减少噪声;利用种子填充法进行图像分割,提取出激光条纹连通域,根据连通域特征抽象出激光条纹骨架提取的数学模型;重点研究基于遗传算法的骨架提取方法,并采用法向直线扫描法沿骨架方向提取中心点坐标;对骨架中心点进行直线拟合,并利用拉依达准...
采用光纤激光器对2.8mm厚800MPa级热轧高强钢板进行了激光焊接,通过调整激光功率获得了全熔透焊接接头,观察了不同热输入下焊接接头的显微组织,并测试了焊接接头的显微硬度、拉伸性能和冲击韧性,研究了焊接接头显微组织与力学性能之间的关系。结果表明:焊接接头内不存在软化区,焊接接头的抗拉强度可达到母材水平,冲击功可达到母材的85.6%。
采用波长为1064nm、脉冲宽度约为10ns的激光束对304不锈钢进行双面冲击强化处理(LSP),利用三维形貌仪观察LSP试样的表面形貌,采用X射线应力仪测量试样表面的残余应力;采用伺服液压疲劳试验机对试样进行疲劳试验,以得到疲劳裂纹扩展速率曲线;采用扫描电子显微镜观察试样裂纹扩展不同阶段的断口形貌。结果表明:激光冲击强化处理可使试样表面产生最...
采用高沉积率激光熔覆沉积技术制备了GH4169合金试样,研究了沉积率为2.2kg/h时GH4169合金的微观组织和拉伸断裂机制。结果表明:高沉积率激光熔覆沉积GH4169合金沉积态试样的析出相主要包括Laves相、针状δ相及不均匀分布的γ″和γ′强化相。拉伸测试结果表明,沉积态GH4169高温合金的塑性和强度均低于锻件标准。
采用激光清洗技术对2219铝合金硫酸阳极氧化膜进行清洗,研究了清洗速度对阳极氧化膜去除效果的影响;对清洗后的铝合金进行焊接试验,以验证焊前激光清洗工艺的可行性;最后分析了激光清洗阳极氧化膜的机理和特性。结果表明:2219铝合金在焊前通过激光清洗后可获得外观和内部质量良好的焊接接头;2219铝合金阳极氧化膜激光清洗速度的阈值为1079mm·min...
采用超声振动辅助激光熔覆工艺,在GCr15轴承钢表面制备了钴基合金涂层,在750℃/100h条件下分析了试样的微观结构和高温氧化行为。结果表明:超声振动并未改变熔覆层的相组成,只是在近表层形成了更加均匀细小的等轴晶组织。涂层经100h高温氧化后遵循抛物线氧化规律。相比于传统的激光熔覆涂层,超声振动辅助激光熔覆涂层表面形成的氧化膜更加细小致...
采用选区激光熔化(SLM)技术制备4Cr5MoSiV1模具钢试样,研究激光线能量密度η对显微组织、碳元素损耗及显微硬度的影响。研究表明:SLM成型4Cr5MoSiV1模具钢试样的显微组织主要为马氏体和少量残余奥氏体。脱碳反应、飞溅行为和元素烧蚀共同造成碳元素的损耗,当η=950J·m-1时,碳元素损耗率高达17.7%。随着η的增加,试样的晶粒尺寸增大、碳元素损耗率升...
为了探究中厚板铝合金光纤激光切割工艺特性,开展了光纤激光切割8mm厚AA2219铝合金工艺实验,系统研究了激光功率、切割速度、离焦量和辅助气压等工艺参数对切缝质量的影响。以根部挂渣高度和切缝下部分倾斜条纹区域所占板厚比例来表征切缝质量。实验结果表明,激光功率和辅助气压是影响切缝质量的最主要的工艺参数,当激光功率增大至5.4kW、辅助气...
基于烧蚀气化材料去除机理,利用高重复频率脉冲激光对低热导率树脂基涂漆的定量去除进行理论及实验研究。研究了二维振镜系统激光清洗扫描方式的选取,以及脉冲激光作用于材料表面光斑的分布特性。对材料表面的温度变化进行理论仿真后发现,脉冲间隔对材料温度变化的影响较小。进行了高重复频率脉冲激光烧蚀气化去除低热导率涂漆的实验,结果表明:...
通过激光熔覆技术在Ti811钛合金表面制备了Ti基复合涂层,研究了涂层的物相组成、微观组织、显微硬度及摩擦磨损性能,分析了TiB2-TiC复合镶嵌结构的形成机理。结果表明:涂层主要由增强相TiC和TiB2、金属间化合物Ti2Ni以及基底α-Ti组成;TiB2的(0001)面和TiC的(111)面之间的错配度仅为1.057%,TiB2可以作为TiC最有效的异质形核的核心,形成TiB2-TiC复...
在双光路调频连续波激光测距过程中,振动将光程差变化转为拍频信号不需要的相位调制,并在拍频信号中引入多普勒频移,导致拍频信号的频谱发生严重展宽和频移,无法根据拍频频率计算距离值。为解决该问题,提出一种基于四波混频效应的振动补偿方法,该方法利用四波混频技术产生与原频率扫描信号扫描方向相反的新频率扫描信号,通过两个频率扫描信号的...
提出一种基于共轭反射的高功率激光装置靶点时间同步测试方法。首先在靶点两侧放置一对相互平行、相对靶点距离相等的反射镜,在反射镜关于靶点的共轭像点处放置两个高速光电探测器,随后将靶室上下两个半球入射到靶点的激光分别反射到共轭像点的两个光电管上,光电管输出波形信号的时间间隔即为待测光路之间的时间同步差。该测试方法具有操作简单...
基于iGPS定位跟踪的三维形貌测量系统,建立了测量系统的数学模型,介绍了传统手眼标定技术的主要原理,使用激光跟踪仪建立了系统转换关系。提出了一种融合特征点拟合的标定方法,利用特征点约束和基于罗德里格矩阵的算法得到了转换关系。对标定后的系统进行了基于机器人基坐标系和iGPS世界坐标系的点云拼接对比实验,实验结果表明,融合特征点拟合的...
为了实现嫦娥四号中继星的激光测距,需要开展月球激光测距(LLR)进行技术验证。中国科学院云南天文台基于1.2m的望远镜研制了共光路LLR系统,在攻克了多项技术难题后,于2018年1月22日成功探测到Apollo 15月面反射器的回波信号,实现了LLR。多次重复实验结果表明,该LLR系统具备极弱激光信号探测能力,系统测量精度达到米级。
提出了一种基于旋转差值核估计的激光雷达(LiDAR)点云边缘提取方法。对点云中任意数据点,在给定方向上以该数据点为对称中心,以一定间距构建对称窗口;在对称窗口中定义距离核函数,计算两窗口内数据点的高程加权均值,将两加权均值之差的绝对值作为该数据点在该方向上的边缘强度,并选取所有方向上的最大边缘强度作为边缘点判据。计算最大边缘强度...
鞘流技术是实现高浓度气溶胶颗粒物光学检测的关键技术之一。在空气动力学理论和国外相关研究的基础上设计了一种气体鞘流器来实现高浓度气溶胶粒子的有效测量。首先根据大型通用有限元分析软件ANSYS中的Gambit和Fluent模块对鞘流器进行仿真分析,确定了一组最佳的设计参数并依此制作了相应的鞘流器实物,仿真结果表明该鞘流器可以将样气气流直径...
提出了基于漫反射激光测距数据估算火箭残骸质心位置和翻滚姿态的方法。分析了火箭残骸的翻滚运动,建立了漫反射激光测距仿真模型,详细介绍了估算火箭残骸翻滚轴指向和翻滚周期的理论和仿真方法。采用快速Lomb-Scargle算法对德国Wettzell站测得的Soyuz火箭末级残骸的实测数据进行了分析,通过比较仿真和实测数据的统计直方图,推算了火箭残骸的长...
针对复合涡旋光束拓扑荷信息测量的问题,提出了一种利用其光强分布特征及经遮挡部分方位角的椭圆形光阑的衍射图样检测各子光束携带拓扑荷信息的方法。仿真结果表明:复合光束光强分布图中亮条纹数目和拖尾方向分别表征子光束拓扑荷差的绝对值和较高阶拓扑荷的符号;衍射图样中暗条纹数目和条纹分布特点分别反映低阶拓扑荷的大小和符号。该方法可...
提出了一种基于双波长法补偿空气折射率的激光追踪测量系统的ZEMAX仿真分析方法。利用光学器件对偏振光的变换特性来建立系统的能量模型,建立了基于ZEMAX软件的光学系统模型,分析了光学系统中非理想的光学元件性能对干涉条纹对比度的影响。仿真分析结果表明,当光学系统分光部分、追踪部分和接收部分的分光镜的分光比分别为2…8、6…4和5…5时,条...
基于LED的室内可见光通信(VLC)能够实现照明和高速率的数据传输,但LED朗伯辐射模式和光线多径效应等使VLC系统下行链路在同一接收水平面的光功率和照明强度分布不均匀,难以保证通信服务的公平性。提出了一种改进的遗传模拟退火算法(IGSAA)搜索最优的功率调节因子并调节LED阵列的发射功率。IGSAA基于不同接收点的接收功率差异的适应度函数,采用双...
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