光电系统光轴平行性检测方法研究

对目前常用的多光谱多传感器融合光电系统光轴一致性的几种检测方法进行了分析、研究和比较,提出了一种实用新方法.该方法主要利用上转换板将红外波段的激光转换为CCD可探测到的可见光波段的红光并对光斑进行延时,使普通CCD能够很容易地探测到单、低频窄脉冲激光的光斑,在经进一步处理后,即可检测到发射出的激光光斑的形心、质心、尺寸等参数,以及激光光轴与光学观瞄装置光轴的平行性.     

光学系统对磁动式测氧仪稳定性影响的研究

先后采用平行光法和透镜成像法获得光斑,比较这两种光斑对线阵CCD数据采集稳定性的影响。结果显示采用透镜成像法获得的光斑更窄、亮度更均匀、边界更清晰锐利,线阵CCD数据采集的稳定性更高。提出了普通透光玻璃的拉丝形成抛物柱面透射光栅的模型,解释了光斑出现明暗相间条纹和光斑波形上出现小峰的原因。小峰造成线阵CCD采集数据出现错误,光斑像元值不稳定。采用光学玻璃作为透光玻璃,消除了光斑波形上的衍射小峰,有效地控制了光斑像元值的采集误差,提高了测氧仪的稳定性和测量精度。     

光纤扫描式激光光斑测量仪

 设计并开发了光纤扫描式激光光斑测量仪。光纤探头采用逐行扫描的方式对激光光斑进行扫描,采集的光信号经能量转换、数据采集,最终传输到电脑,再由软件绘制出光斑图像。针对于大口径、脉冲激光光斑的测量提出了一种快速扫描的方案,并在此基础上计算分析了仪器的测量精度和测量时间这两个重要参数。与CCD摄像法进行了对比实验研究,结果表明：相对于CCD摄像法会受到接收屏的散射及成像系统误差带来的影响;此设备采用直接测量的手段,能够更加准确地获得光斑的实际尺寸以及光斑能量的空间分布。应用该仪器成功地进行了聚焦光束传输质量的测量。     

脉冲Nd:YAG激光熔覆修复塑料模具工艺参数的优化

 激光器的电压、电流、脉冲宽度、脉冲频率与激光的扫描速度、光斑直径等工艺参数直接影响着脉冲Nd:YAG激光熔覆质量。为了简化工艺调整过程，提出了重叠率的概念，并进行了理论推导，建立了重叠率与脉冲频率、激光扫描速度、激光光斑直径相互关系的方程式。利用预置法在低碳钢基体上熔覆Ni基合金粉末,获得了2组最佳工艺参数，即单脉冲能量、重叠率分别为6.7 J,97.4%和21 J,69.4%。研究表明：在单脉冲能量和重叠率一定的条件下，改变电流、脉宽、脉冲频率及熔覆速度不会影响熔覆质量。     

基于小波能量和光斑尺寸的干扰图像尺度分析

介绍了激光干扰对CCD成像系统的影响,从影响光电成像系统目标检测性能的角度阐述了激光干扰图像与背景杂波的相似性.针对激光干扰图像的频率特性,利用小波分析在图像处理中的优势,结合机器视觉中背景杂波的量化尺度,提出了基于小波能量和光斑尺寸的综合图像尺度.对典型激光干扰图像的小波分析显示,随着激光干扰功率的增大,干扰图像中的低频分量和高频分量会同时增加,图像中的光斑可被看作是低频分量,光斑周围“斑驳状”的散斑是高频分量,类似于盐噪音.激光视场内干扰实验及数值计算表明:激光干扰会降低Otsu算法分割准确度,增加相关检测虚警概率,该尺度将干扰图像的高频分量和低频分量结合起来,同时克服了单一光斑尺度和小波能量尺度的局限性,能够较好地评估视场内激光干扰CCD成像系统的效果.     

扫描法测量无衍射成像微光斑的能量分布

在无衍射光滤波法显微成像中，实际成像光斑的能量分布对成像质量影响较大,故需要对微弱成像光斑的能量分布进行准确测量。实验中采用扫描法测量光斑的能量分布，通过柔性铰链机构带动微米级小孔以很小的步距对成像微光斑进行精确的二维扫描，用光电倍增管接收扫描采样的微弱光信号，再以低噪声的I/V转换电路和电压放大电路处理取样信号后送入计算机处理，就可准确地复原光斑的能量分布。通过制作的测量装置对实际微弱光斑测量后，以三维能量分布图的形式给出了测量结果。该方法实现了对能量分布不规则、尺寸较小、能量密度小的光斑能量分布的测量，并且有很高的测量精度。     

基于运动轨迹可调式随机相位板的赝热光鬼成像实验研究

为了保证采样的独立性,目前基于随机相位板的赝热光鬼成像系统是以每次移动不小于一个激光光斑大小进行相位调制的形式来产生高亮度的赝热光源。通过旋转、平移两台电机控制随机相位板的运动轨迹,搭建了一种运动轨迹可调的随机相位板赝热光鬼成像实验平台。基于差分鬼成像和稀疏约束鬼成像重构算法,从实验角度对比分析了随机相位板的偏移量Δx对赝热光鬼成像质量的影响。数值模拟和实验结果均表明,在相同的采样压缩比下,当随机相位板的偏移量Δx不大于物面处的散斑大小Δxs时,成像质量随着Δx的增大而提高;而当Δx大于Δxs时,随着Δx的增大,成像质量几乎不变。此外,稀疏约束鬼成像质量优于相同采样数下的差分鬼成像质量。     

强激光远场光束质量参数的测试

 提出漫射红外成像-多点标校测量方法,用于测量强激光远场光束质量参数。在激光远场距离处设置漫反射靶板,用成像探测器摄取经靶面漫射的脉冲强激光光斑图像;在靶面中心处挖小孔,孔后放置能量探测器实时测量激光脉宽和峰值功率。同时对整个激光光斑图像进行能量定标,进而得出远场脉冲强激光的实际空间能量/功率分布、总能量,以及相应的光束质量参数。应用该测量方法,对高能TEA CO₂激光进行测量研究,测得其远场光束截面半径为80.2 mm,发散角为1.55 mrad。     

抑制眼内杂散光提高视网膜成像质量方法研究

利用液晶空间光调制器和夏克-哈特曼探测器为核心器件搭建了一套液晶自适应光学(AO)视网膜成像系统。通过计算哈特曼光斑图和视网膜图像的调制传递函数(MTF)定量分析了眼内杂散光对视网膜成像质量的影响,结果表明哈特曼光斑图的MTF优于视网膜图像的MTF,说明眼内杂散光降低了视网膜的成像质量。根据眼内散射光偏振状态改变的特点,系统采用偏振光照明,抑制眼内散射光;利用补偿镜和位于眼前1m位置处的视标,使照明光准确聚焦在视网膜血管层上,抑制视网膜多层组织反射杂光。通过对比实验,证明以上方法在一定程度上抑制了眼内杂散光对视网膜成像质量的影响。最后对4名志愿者进行了视网膜血管自适应成像实验,均获得了清晰的眼底视网膜血管图像。     

中心挡板对扫描相干X射线衍射成像的影响

本文采用重叠关联迭代引擎算法, 系统地模拟研究了扫描相干衍射成像中中心挡板导致的低频信号丢失对重建图像质量的影响. 结果表明, 扫描相干衍射成像对中心挡板的承受能力远大于平面波单次相干衍射成像, 且选择小尺寸入射探针和较高重叠度(≥ 70%)可进一步降低中心丢失信号对扫描相干衍射成像的负面影响. 另外, 光斑扫描位置误差在重叠度较高时将超过中心挡板成为扫描相干衍射成像最主要的负面影响因素. 本文研究结果对扫描相干衍射成像实验中如何应用中心挡光板具有重要的指导意义, 将有助于进一步提高扫描相干衍射成像的分辨率. 关键词： 扫描相干衍射成像 位相恢复算法 低频丢失信号     

980nm激光激发下Er3+和Yb3+共掺杂氟氧玻璃的上转换发光

制备了一种新型的上转换发光材料,它不仅具有较高的上转换发光效率,而且还避免了氟化物基质的缺点。其组分为58.52%PbF₂-34.43% GeO₂-3% Al₂O₃-0.05% Er₂O₃-4%Yb₂O₃,其中GeO₂为玻璃形成体氧化物,PbF₂和Al₂O₃为调整剂,以共掺杂Er³⁺和Yb³⁺离子为上转换研究的对象。测量了该玻璃系统在980nm半导体激光器激发下的上转换发光光谱,观察到很强的658nm的红光和548,526nm的绿光,而且红光的发射强度远远强于绿光。通过对上转换发光强度与激发强度关系曲线的拟合,表明此材料的绿光发射和红光发射都为双光子过程。研究了激发光的工作电流与上转换荧光强度的关系,讨论了其上转换发光特性。     

高功率脉冲激光的远场能量密度分布测试方法研究

在分析现有的激光远场能量密度分布测试方法的基础上提出了一种新的测试方法.采用激光束照射漫反射靶,CCD相机对靶上激光光斑成像并在靶面上布置能量计探头以获取能量抽样绝对值的方法进行激光束远场大气传输后空域分布测试.从基本组成、测试原理、试验结果等方面对新测试方法进行了分析研究,并通过采用532nm脉冲激光照射1Km外的漫反射靶的实验对新测试方法进行了可行性验证,获得了远场激光光斑的图像和能量抽样值.     

Up-conversion luminescence and local heating in Er3+ doped tellurite glass

The present article discusses the up-conversion and thermometric properties of Er doped tellurite glass on excitation with 976 nm laser radiation. Temperature has been measured using fluorescence intensity ratio variation, in 528/548 and 801/828 nm, with temperature. Temperature at laser focus spot has been estimated by comparing the intensity ratios at different laser powers with the intensity ratio at different temperatures when sample was heated externally.     

BLUE COOPERATIVE UP-CONVERSION LUMINESCENCE OF Yb3+ IONS IN OXYFLUORIDE GLASS EXCITED BY 960 nm LASER

Investigates the up-conversion luminescence of Yb-doped oxyfluoride glass excited by a 960nm-diode laser. A new up-conversion cooperative radiation luminescence is found, which is rather strong and positioned at 476.1 nm. It comes from the coupled states of two-Yb^{3+-ions cluster. It is significant because it is an effective and convenient method of producing blue light.}     

显示用上转换绿色发光材料NaYF4∶Er,Yb及其特性

采用喷射微波燃烧合成法制备了上转换发光显示器中发绿光的上转换发光材料NaYF4∶Er,Yb.测试了该材料的XRD衍射图谱和发光效率.给出了该材料在1 064 nm三种激光功率激发下的发光光谱.分析了该材料的上转换发光机理,得到545 nm和662 nm峰值发光分别是Er3+的4S3/2→4I15/2和4F9/2→4I15/2跃迁产生的.NaYF4∶Er,Yb具有较强的上转换绿光,同时存在的较弱的红光易于用滤色膜滤除,满足显示对三基色中绿色的要求;并且喷射微波燃烧合成法制备的该材料达到了高分辨率显示应用超细粉体的要求.     

Er掺杂和Er/Yb双掺杂光电陶瓷PLZT的上转换发光

研究了Er掺杂和Er/Yb双掺杂的锆钛酸铅(PLZT)光电陶瓷的上转换发光特性,观测到Er掺杂的PLZT样品在540,566nm附近的绿色发光峰,且随着掺杂浓度的增大而增强;Er/Yb双掺杂的PLZT样品除540,566nm附近处的绿色发光峰外,还有一个较弱的668nm的红色发光峰。另外,上转换发光强度与激发强度的对数关系曲线表明样品的绿光发射和红光发射皆为双光子过程,并且利用喇曼光谱进一步分析讨论了其上转换发光的机制。实验和理论分析表明该材料有望制成电光调Q的双功能上转换激光器件。     

Formation of periodic structures by laser ablation of metals in liquids

Experimental results are presented on ablation of metals (W, Cu, brass and bronze) in a liquid environment (e.g., ethanol or water) by irradiation with either a pulsed copper vapor laser (0.51 μm) or a pulsed Nd:YAG laser (1.06 μm). The target material is ejected into surrounding liquid in the form of nanoparticles. In a certain range of laser parameters (fluence and number of laser shots) the surface of the solid target is composed of micro-cones having a regular structure. The distance between neighboring micro-cones in the structure depends on the laser spot size. The structures allow the observation of up-conversion of the laser frequency due to generation of the second harmonics in the eye retina.     

Up-conversion luminescence tuning in Er~(3+) -doped ceramic glass by femtosecond laser pulse at different laser powers

The up-conversion luminescence tuning of rare-earth ions is an important research topic for understanding luminescence mechanisms and promoting related applications. In this paper, we experimentally study the up-conversion luminescence tuning of Er~(3+)-doped ceramic glass excited by the unshaped, V-shaped and cosine-shaped femtosecond laser field with different laser powers. The results show that green and red up-conversion luminescence can be effectively tuned by varying the power or spectral phase of the femtosecond laser field. We further analyze the up-conversion luminescence tuning mechanism by considering different excitation processes, including single-photon absorption(SPA), two-photon absorption(TPA), excited state absorption(ESA), and energy transfer up-conversion(ETU). The relative weight of TPA in the whole excitation process can increase with the increase of the laser power, thereby enhancing the intensity ratio between green and red luminescence(I_(547)/I_(656)). However, the second ETU(ETU2) process can generate red luminescence and reduce the green and red luminescence intensity ratio I_(547)/I_(656), while the third ESA(ESA3) process can produce green luminescence and enhance its control efficiency. Moreover, the up-conversion luminescence tuning mechanism is further validated by observing the up-conversion luminescence intensity, depending on the laser power and the down-conversion luminescence spectrum under the excitation of 400-nm femtosecond laser pulse. These studies can present a clear physical picture that enables us to understand the up-conversion luminescence tuning mechanism in rare-earth ions, and can also provide an opportunity to tune up-conversion luminescence to promote its related applications.     

基于LD激发荧光粉白光光源的窄光束照明光学系统设计

蓝光半导体激光器激发荧光粉产生白光光源技术发展迅速,但由于大功率蓝光半导体激光器在快轴、慢轴方向的光场分布差别较大,使得日前激光照明整体光学性能仍旧较差,难以实现大规模推广应用。针对该问题,设计了一款高质量激光照明光学系统,基于蒙特卡洛光线追踪理论,对激光光束进行准直调控、均匀光斑整形以及对荧光片进行设计,使得整体光源模块各元件得到最佳整合,最终实现了窄光束激光照明。仿真结果表明:激光光源的光收集率达98.3%,激光光斑的不均匀度为1.7%,白光均匀度为98%,光斑是出射准直角为1.6°的方形窄光束白光光斑。