基于多光束照明的回波光场散斑抑制机理

为了有效抑制激光照射目标表面所产生的散斑效应,提高激光主动成像图像质量,提出采用多光束照明技术,通过理论分析与仿真实验相结合的方式验证了多光束照明在抑制回波散斑效应方面的作用。首先,建立了多光束分光照明模型,理论分析了多光束照明对于完全散射叠加场和部分散射叠加场的散斑抑制原理。在此基础上,根据理论模型构建了仿真实验系统,采用不同能量分配的分光方式,对3种不同表面粗糙度的目标进行了单光束回波散斑对比度和多光束回波散斑对比度实验评估。实验结果表明:等能量4光束照明的回波散斑对比度仅为单光束对比度的1/2,与理论分析结果完全吻合,充分验证了多光束照明技术在回波光场散斑抑制方面的有效性。     

基于半导体激光短阵列的976 nm高功率光纤耦合模块

采用12只出射波长为976 nm的传导冷却半导体激光短阵列为发光单元,研制出了百瓦级高功率光纤耦合模块.首先,利用光束转换器(BTS)和柱透镜对每只半导体激光短阵列进行光束整形,使得快慢轴方向光束质量接近并且发散角相同;然后,应用空间合束技术将每6只半导体激光短阵列在垂直方向上叠加,形成一个激光组,并利用偏振分束器(PBS)将两个激光组偏振合束;最后利用优化设计的三片式聚焦镜将激光耦合到光纤中.实验结果表明:该光纤模块的连续输出激光功率可达418.9 W,光纤芯径仅为400 μm,数值孔径(NA)为0.22,由此可得到激光亮度为2.19 MW/(cm2·str).利用Matlab软件分析光纤出射的光束形貌为平顶分布,显示其适合用于金属材料的硬化和焊接等领域.最后测量了模块的光谱,电流从20 A增加到50 A时,激光的峰值波长漂移了6.8 nm,并且在50 A时光谱宽度为4.12nm,表明该光纤耦合模块散热良好.同其它类型激光器相比,本激光模块电光转换效率和出光功率高,适用于材料加工和泵浦光纤激光器等领域.     

用多模光纤作电子散斑位移实时测量

激光通过多模光纤,在出射端产生散斑场。采用电荷耦合器件CCD 作为接收元件,记录下物体位移前后散斑场的光强度分布,由微机分别计算出位移前后的散斑光强相关函数。两个相关峰的位置变化直接代表了物体位移的大小。这种电子散斑测量系统具有快速、准确、测量范围较大的特点,并可实时测量。     

基于激光多普勒技术的三维扫描测振研究

振动测量是现代工程技术中重要的检测和分析手段,振动测量的设备从接触式发展到非接触式,从单点测量发展到面扫描测量、三维方向振动测量,进而提出了三维扫描振动测量。提出一种三维扫描振动测量的方法及系统解决方案。该系统由3台单点LDV、3套振镜、2套视频采集系统组成。通过视频采集系统和振镜马达可闭环控制激光光点在前方被测表面的扫描,扫描过程中3套单维激光测振仪的光束聚集于一点,实现某点的三维振动精密测量,控制振镜马达的转动,可扫描整个面上的三维振动信息。     

动态聚焦激光振镜扫描系统的误差分析及图形校正算法

动态聚焦激光振镜扫描系统广泛应用于大幅面激光扫描领域,在实现振镜高速扫描的同时,必须要保证扫描图形的精度。本文从动态聚焦激光振镜扫描系统的原理入手,分析了动态聚焦激光振镜扫描系统图形误差产生的原因,并给出了扫描图形的误差校正模型和精确校正算法,并在华中科技大学快速成型中心的粉末烧结快速成型设备上进行了试验验证。     

用于SLS快速成形制造中振镜式激光扫描系统的关键技术

针对选择性激光烧结快速成形制造的需求，探讨并深入研究了振镜式激光扫描系统的组成，成形过程中线性扫描、图形畸变的校正、扫描系统机械滞后性的补偿、激光功率与扫描速度的匹配及成形精度等关键技术问题。     

激光摆动焊接6061铝合金板材焊缝成形工艺研究

为了探究激光摆动焊接铝合金的工艺特性,开展了手持摆动焊接头焊接6061铝合金的实验,对比分析了焊接速度、激光功率、振镜速度等工艺参数对焊缝宏观形貌的影响。通过高速相机捕获的实时动态影像,分析了激光摆动焊接匙孔的形成与特征,以及摆动焊接下熔池的形成与保持。实验结果表明,焊接速度与激光功率对焊缝形貌的影响较大,振镜速度应与焊接速度相匹配,即焊接速度慢对应振镜速度低,快速焊接对应振镜速度快。激光摆动焊接的匙孔会随着激光光斑的摆动变大,且匙孔始终位于焊缝中央,激光光束的摆动会搅拌熔池,影响熔池的热力耦合与焊缝成形,形成稳定均匀的鱼鳞纹状焊缝形貌。     

扫描式激光测振仪的姿态控制算法

双轴振镜系统是扫描式激光多普勒测振仪中控制激光束运动的核心部件。通过双轴振镜系统中X,Y振镜的空间位置关系及光学反射原理,建立了激光束方向与X,Y振镜偏转角度之间的关系及其数学模型,并进一步基于多项式拟合算法实现了激光点从振镜系统坐标系到实测结构坐标系的坐标变换,从而可高精度控制扫描激光的姿态。同时,利用高清摄像头将测试坐标系转换到屏幕坐标系,提高了该方法的实际操作性。最后,以某型压气机叶片为例对该方法进行了验证,结果表明本方法对实现激光在实测结构表面任意测点的精确位置控制提供了理论基础,具有较好的指导作用。     

自适应多重TMD在大跨楼板结构减振中的应用

双轴振镜系统是扫描式激光多普勒测振仪中控制激光束运动的核心部件。通过双轴振镜系统中X，Y振镜的空间位置关系及光学反射原理，建立了激光束方向与X，Y振镜偏转角度之间的关系及其数学模型， 并进一步基于多项式拟合算法实现了激光点从振镜系统坐标系到实测结构坐标系的坐标变换，从而可高精度控制扫描激光的姿态。 同时，利用高清摄像头将测试坐标系转换到屏幕坐标系，提高了该方法的实际操作性。最后，以某型压气机叶片为例对该方法进行了验证，结果表明本方法对实现激光在实测结构表面任意测点的精确位置控制提供了理论基础，具有较好的指导作用。     

半导体激光鼓膜造孔术的光学系统设计

设计并研制了一套可在视频监控和红光指示下实施半导体激光鼓膜造孔术的光学系统.首先,利用光束整形和波长合束技术将半导体激光单管出射的650 nm激光和半导体激光列阵出射的810 nm激光耦合到芯径为200 μm,数值孔径为0.22的光纤中;然后,利用消色差透镜准直光纤出射的双波长激光,再利用另一个消色差透镜将光束聚焦到耳鼓膜上,该聚焦镜可通过机械部件沿光轴方向移动,从而调节鼓膜上光斑的大小;成像部分则直接使用商用视频耳镜;热反射镜用于使激光和成像光同轴.手术时,根据显示器上的红色指示光斑确定造孔位置.测量结果显示:该系统出光孔处的激光功率在0～13.3 W间连续可调,造孔直径在1～3mm内连续可调.使用本系统可缩短手术时间,减少并发症;儿童患者手术时无需全身麻醉.另外,该系统还具有整机体积小、重量轻、电光转换效率高等优点.     

Application of response surface methodology in the optimization of laser treatment in buckypaper lighting for field emission displays

Carbon nanotube field emission backlight (CNT-BLU) is promising to replace traditional backlighting devices in liquid crystal display (LCD) industry. This study reports a laser irradiation process to enhance field emission properties of buckypaper, a thin sheet of high-loading carbon nanotube network. The scanning laser treated the selected region of buckypaper to activate CNT emitters. The improvement of phosphorescence luminance intensity, uniformity, and the reduction of turn-on field were achieved by adjusting machining parameters of laser power, laser lens motion speed, laser resolution, laser beam size, and pattern orientation. Design of experiment and response surface methodology provided ways to rapidly search the feasible laser parameter setting for processing buckypaper field emitters and improving field emission properties within fewer experimental runs. 2^5?1 Fractional fracotrial design presented the initial models of five repsponses. In addition, the face-centered central composite design is applied since the 2^5?1 factional factorial design showed curvature significance. It assisted to give the scientifical insight of the following conclusions. High-energy laser treatment damages and burns the CNTs into carbon oxide materials; furthermore, it loses the effective CNTs. Low-energy laser treatment performs CNT activation and produced low field emission performance. In this study, we succeeded to apply statistical analysis methods to understand the physics and mechanics of laser-activated buckypaper field emission and, furthermore, improve, optimize, and demonstrate performance by material selection, process development, and characterization.     

高温物体比辐射率在线测量系统的研究

本文研究了一种利用激光在线测量高温物体比辐射率的智能化仪器。该仪器由光学发射与接收系统,信号处理与放大系统及显示系统三部分组成。其中,光学系统主要包括：半导体激光器,斩波器,准直镜,扩束镜,分束镜,组件滤光片,聚焦透镜,ＰＩＮ光电二极管等;信号处理与放大系统主要包括：电压跟随放大电路,模－数转换电路及８０３１单片机等;     

Flaw detection and measurement for 4K Ultra HD thin-film-transistor array panel

Display pixels of liquid-crystal-display televisions (LCD TVs) on thin-film-transistor (TFT) array are getting smaller. This paper introduced the method of voltage imaging technique, which developed and provides initial insight into the thin-film-transistor array flaw detection and measurement for ultra-high-definition (Ultra HD, UHD) LCD TV application. We proposed the measurement of flaw detection, based on TFT array testing and characterization with respect to opto-electric transformation measurement.     

基于发光二极管配光曲线设计自由曲面透镜

针对头盔显示器(HMD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源。基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效。首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑。然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列。选择了效果最优的透镜进行了加工和测试。结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°。用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求。     

激光显示中散斑的减弱

为减弱激光显示中散斑的影响,在对散斑对比度进行理论分析的基础上,提出了一种利用位相光学元件减弱散斑的方法。实验以绿光为光源,让激光束通过位相光学元件,再经过CCD相机和图像处理系统处理,得到屏幕上散斑对比度和光强的变化。实验结果表明:散斑的对比度降低到3.7%,可满足激光显示中对散斑减弱的要求。该方法具有简单易行、成本低、适合批量化生产等优点。     

视网膜细胞显微镜的照明系统

为满足视网膜细胞成像照明光束的高亮度、窄谱宽要求,提出了一种用于视网膜细胞成像的照明系统,将半导体激光器发出的632.8nm激光耦合到芯径为105μm的多模光纤中,用聚光镜将多模光纤的出光端汇聚到一个旋转毛玻璃上,再用一个投射物镜将毛玻璃上的光源像投射到眼睛里照亮视网膜。试验发现该照明方法很好地消除了激光散斑,满足视网膜显微成像对高亮度光源的要求,光源有较窄的谱宽,成像系统色差很小,成像质量优于采用传统氙灯做照明光源的图像。该照明系统能较好地满足视网膜显微成像。     

Optical design and manufacturing technology for high resolution laser scanning unit

This paper presents optics and fabrication process of key elements in a laser scanning unit for high quality laser beam printers or multi-function printers with over 600dpi optical resolution which today’s commercial system shows. Considering the light sources with different wavelength, optical characteristics in the laser scanning unit which includes a scanning lens and an athermalization element are explained. Also fabrication technologies to realize high resolution laser system such as mold design, core machining and injection molding processes are described. Finally, the hybrid lens as the athermalization element having refractive and diffractive surface is suggested to compensate thermal defocus. The hybrid lens is fabricated and their performance and effect on laser scanning unit are evaluated.     

Optical diagnostics of mercury jet for an intense proton target

An optical diagnostic system is designed and constructed for imaging a free mercury jet interacting with a high intensity proton beam in a pulsed high-field solenoid magnet. The optical imaging system employs a backilluminated, laser shadow photography technique. Object illumination and image capture are transmitted through radiation-hard multimode optical fibers and flexible coherent imaging fibers. A retroreflected illumination design allows the entire passive imaging system to fit inside the bore of the solenoid magnet. A sequence of synchronized short laser light pulses are used to freeze the transient events, and the images are recorded by several high speed charge coupled devices. Quantitative and qualitative data analysis using image processing based on probability approach is described. The characteristics of free mercury jet as a high power target for beam-jet interaction at various levels of the magnetic induction field is reported in this paper.