高稳定性半导体激光器功率控制电路设计和测试北大核心CSCD

有些飞行器的表面安装有基于半导体激光器模块的激光信标系统,用于发出指定功率的稳定光束来配合地面光电系统对激光信标的捕获、识别和跟踪。针对该激光信标系统在宽温度范围下的高功率稳定性需求,设计了两种半导体激光器模块功率控制电路,分别对激光输出功率进行闭环控制和开环控制,采用国产和进口的激光器分别测试了两种控制电路在高低温下的功率控制效果,测试结果表明定电压开环控制电路的控制效果优于定功率闭环控制电路。     

基于VOF法毫秒激光制孔过程数值研究及工艺优化北大核心CSCD

针对毫秒激光制孔过程的热流耦合及孔的形成规律,基于VOF法构建了三维激光打孔数值模型。模型中考虑了材料去除过程中涉及到的重力、反冲击力以及固-液-气三相的相变过程,得到了不同脉冲个数下的温度场、相场以及孔形轮廓的变化。孔深与孔径的模拟结果与实验吻合较好。结果表明:相场中的气-固-液界面随着脉冲个数的增加逐渐下移;反冲压力的存在增加了上孔径和孔深;飞溅物随着脉冲个数的增加而增加;孔口往下约0.5 mm处呈碗型。     

基于光子多普勒测速的长景深动态测试研究

目前光子多普勒测速的应用场景多为瞬时、短时的冲击、震动、飞片等测量,采集时间少、景深距离短,缺少长景深动态测试的应用。为此我们搭建了一套全光纤结构PDV以及基于LabWindows的上位机解调软件,以15 kHz线宽1550.12 nm激光器为光源,300 mm工作距离非球面镜作为探头,针对运动距离为1.33 m、最高速度14 m/s的无杆气缸滑块进行速度测量。通过多次实验,得出了无杆气缸滑块运动的全程速度曲线,并用积分反推出运动距离与实际滑块运动距离相符,平均相对误差为-0.5266%。实验结果表明,光子多普勒测速系统健壮性良好,在信号光耦合功率低的情况下仍可以得到16 dB以上信噪比的干涉信号,大气环境稳定时可在长景深范围内进行动态测量。     

面向电网监测激光光纤供能的瓦级光伏转换器研究

激光光纤供能技术因其安全性和可靠性特别适合应用于电网监测设备的供电中。电网监测对激光光纤供能提出了瓦级功率需求,作为核心组件,具有高光电转换效率的激光光伏转换器对供能系统的长期可靠运行至关重要。基于砷化镓的单PN结光伏转换器可在较低输出功率下获得很好的光电转换效率,但由于开路电压低,增加电流和输出功率会带来高电阻损耗,导致转换效率降低。本文研究了基于单片集成垂直串联多个PN结子电池以提高开路电压和输出功率的方法,并对研制的多结光伏转换器进行了表征测试。测试结果表明,五结光伏转换器的开路电压接近6 V,能以大于54%的转换效率输出5 W功率,且能在较大输出功率范围（约1 W~8 W）保持50%以上转换效率。具体应用中,可根据监测设备的负载功耗和工作条件做进一步优化设计。     

一种多采样率混合编帧数据采集技术的设计与实现

本文以FPGA为主控芯片,设计了一种多采样率混合编帧数据采集技术;重点介绍了A/D转换电路的设计;针对多采样率模拟量通道切换的问题设计了多级模拟信号通道选择拓扑结构;针对速变信号和缓变信号设计了帧结构表,有效的解决了多采样率下复杂信号的采集输入问题;通过试验,可以验证该数据采集技术具有多通道、精度高、可以适应不同采样率传感器等优点;使用该技术的采编器经过了多次高低温和振动试验,性能稳定可靠,目前已经应用在某飞行器大型地面试验中。     

膜片封装下光纤激光水听器的低频动态响应

为了探究膜片封装光纤激光水听器中光纤激光器产生弯曲振动的机理,首先基于梁的横向振动理论建立了光纤激光器弯曲振动模型,之后根据实际的封装结构进行了有限元仿真,分析了光纤激光器的固有频率与光纤激光水听器频响之间的定量关系,最后批量封装了光纤激光水听器,进行实验验证。仿真及实验结果表明:光纤激光器两端采用一体化硬固定方式易使光纤激光器发生弯曲振动;当光纤激光器的一阶固有频率落在工作频段内时,在谐振峰附近,光纤激光器的中心波长发生非均匀漂移,此时在远离谐振峰的频段内,水听器频响的平均值约为-135 d B,谐振峰值约为-125 d B。本研究为光纤激光水听器封装工艺的后续改进提供了参考。     

基于半导体激光合束技术的高效点火光源研究

随着半导体激光技术的快速发展,以半导体激光为核心光源的激光点火技术得到越来越广泛的应用。本文开展了高效激光点火光源的研究,设计出一种单光纤双波长输出的光学结构,将高功率976 nm点火激光和低功率1310 nm检测激光通过空间合束以及波长合束技术耦合到芯径为105μm,数值孔径(NA)为0.22的光纤中,获得了输出功率大于10 W的976 nm点火激光以及输出功率大于1 m W的1310 nm检测激光,其中高功率点火激光的耦合效率超过90%;通过自聚焦透镜对出纤激光进行光束整形,与自由输出光束相比,整形后出射光斑发散角减小了,入射到点火药剂上的光功率密度增大了,点火效率提高了。实验结果表明,所设计的分光镜膜系以及光路结构可实现光路自检以及高功率点火激光的输出功率同步自检,满足该领域对于点火光源高效率、高可靠性的应用要求。     

GH909合金激光焊接接头的微观组织特征

采用光纤激光器对2 mm厚GH909合金进行焊接实验,探究了焊缝横截面宏/微观成形、外延生长组织演变和接头典型位置的晶体分布特征。研究结果表明：GH909合金焊缝呈典型的沙漏形,焊缝区晶粒尺寸明显大于母材和热影响区的晶粒尺寸;典型的柱状晶析出在焊缝中部和下部,少量等轴晶在焊缝顶部形成;平面生长的针状晶优先在上部近焊缝区形成,并通过竞争淘汰转变为稳定生长的细长柱状树枝晶,与此同时,中部近缝区发生胞状晶、胞状树枝晶向柱状树枝晶的转变;迁移晶界出现在热影响区,焊缝中靠近熔合线的位置存在外延生长和非外延生长两种生长模式;焊缝中部晶粒呈现为典型的非连续生长特征,晶粒宽度由小变大,但立即被新晶粒代替;焊缝上部晶粒的生长方向一致,呈现聚集特征,连续生长的γ柱状晶最终形成贯穿的巨大晶粒。     

激光粉末床成形316L不锈钢多孔结构力学性能研究

以激光粉末床熔融(LPBF)技术成形的316L不锈钢体心立方型(BCC)多孔结构为研究对象,利用有限元分析法对不同长径比杆件的体心立方型多孔结构进行了准静态压缩过程模拟,分析了其微观力学响应和应力-应变特性。制备了体心立方型316L不锈钢多孔结构样件,对样件进行了准静态压缩试验,分析了具有不同几何参数的多孔结构的应力-应变特性和变形失效机制,并对比分析了仿真和力学试验的结果。研究结果表明：当成形样件杆件的直径从0.4 mm增加到1.2 mm时,杆件直径的相对误差从15.00%下降到6.08%,直径越大,相对误差越小,等效弹性模量从59.87 MPa增加到3356.21 MPa,压缩屈服强度从1.02 MPa增加到33.88 MPa;有限元分析法与力学试验得到的等效弹性模量和压缩屈服强度的平均相对误差分别为9.11%和7.86%。     

激光辅助低压冷喷涂石墨/铜基复合涂层研究

利用激光辅助低压冷喷涂技术在不同激光功率下制备石墨/Cu复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、图像分析软件ImageJ等,对复合涂层的截面形貌、表面形貌、微观组织、石墨含量以及元素分布等进行表征。结果表明：采用单一低压冷喷涂不能够形成连续的涂层,只能形成断续的点状物,而通过激光辅助低压冷喷涂可以实现石墨/Cu复合涂层的有效沉积。随着激光功率的升高,复合涂层的厚度和宽度均得到一定的提升,表面起伏以及涂层/基体的界面结合得到改善。在通过激光辅助低压冷喷涂所制备的复合涂层中,增强相石墨与黏结相Cu之间结合致密,但过高的激光功率容易导致增强相石墨烧蚀和黏结相Cu氧化的问题。