基于光热调制检测发动机叶片疲劳裂纹的激光声表面波方法

提出了基于光热调制的激光声表面波检测疲劳裂纹的实验系统和方法,并将其用于发动机叶片疲劳裂纹的检测。Nd∶YAG激光器产生的激光通过凸透镜聚焦在样品表面,同时用半导体激光在激发点同一位置进行光热调制,利用干涉仪在另一位置探测声表面波信号。利用精密平移台在可能的裂纹区扫描激发源和加热源,获得打开光热调制和关闭光热调制时的声表面波信号,也即不同位置处样品加热和冷却时的信号Sheat和Scool,由于光热调制产生的压应力使裂纹闭合,使Sheat产生明显的峰值变化,因此差值信号ΔS=Sheat-Scool即为疲劳裂纹闭合引起的信号变化。对叶片表面裂纹检测的实验结果表明,该方法具有较高的检测灵敏度和可靠性。     

激光阵列用于改善声表面波信噪比的数值研究

为了改善激光超声检测中声表面波的信噪比,利用对激光线源进行时间和空间上的调制获得激光阵列作为激励源辐照铝板表面,采用有限元法分别模拟了大位移幅值声表面波(巨声表面波)的激发以及巨声表面波与铝板表面矩形缺陷相互作用的过程。结果表明,激光阵列经过时间调制后辐照铝材料上激发出的声表面波,其垂直于表面方向的位移幅值与阵列中线源个数成线性比例;且巨声表面波与表面缺陷作用后所产生的反射回波的位移幅值也随着线源个数的增多得到明显增大。模拟结果对在激光超声检测中应用激光阵列提高声表面波的信噪比提供了理论依据。     

三角波形激光脉冲在液体中致声的特性分析

为了研究激光脉冲波形对其在液体中致声特性的影响,基于激光致声的热膨胀机制机理,采用理论推导和数值仿真的方法,对三角波形激光脉冲激发声波的特性进行了分析。首先阐述了激光与液体媒质通过热膨胀机制作用激发平面光声源的理论;推导了激光脉冲为三角波形时在约束边界和自由边界下产生声脉冲的解析解,并通过仿真得到了声脉冲剖面;然后通过模拟得到了不同边界下激发光声脉冲的波形;最后分别推导了约束边界和自由边界下的光声转换效率,分析了转换效率的影响因素,并对不同边界下的转换效率进行了求解和对比。结果表明,该研究对激光致声技术的工程应用具有理论指导意义。     

提高液体中脉冲激光致声转换效率的理论研究

从液体中脉冲激光致声的理论出发,讨论了热膨胀机制下提高光声转换效率的措施,并着重讨论了不同液体媒质的特性对转换效率的影响;基于Helmholtz共振器的共振频率和放大特性理论,讨论了通过共振光声池的设计提高光声转换效率的可行性;指出在对光致声波可重复性和可控制性没有特殊要求的情况下,可采用高功率光纤激光器,通过汽化机制或介电击穿机制激发声波,提高转换效率.     

基于偏振差分干涉技术声表面波检测系统研究

针对宽频声表面波的高灵敏度检测需求,研究设计搭建了基于偏振差分干涉技术的激光声表面波检测系统。实验中从干涉条纹可见度和差分信号的大小来评估系统的调试效果,利用压电陶瓷纳米位移台和SIOS干涉仪对检测系统进行测试和标定,得到系统的最小静态、动态检测位移;对系统各组成部分的噪声信号进行分析,并提出相应的抑制方法。最后对系统进行重复性测量,并对铝、硅样片上的激光声表面波信号进行检测。本研究为声表面波检测系统的性能评估提供了科学可行的方法,为声表面波技术在无损检测中的应用提供了一种可靠的测量手段。     

激光超声表面缺陷检测的实验方法

提出了一种非接触式、全光学激光超声检测的实验方法。利用Nd：YAG脉冲激光器、He-Ne激光器和平衡接收器构建一套基于光束偏转法的光差分检测系统，测量了表面带缺陷Al样品的声表面波（SAWs）。通过实验获得了SAWs经过表面缺陷时产生的反射回波及透射波形的特征，说明了线光源产生的超声波非常适合材料表面缺陷的检测。     

表面性质变化材料中激光声表面波的数值计算

;激光激发超声波为评价材料近表面弹性性质提供了有效的手段,考虑到由于冲击硬化、表面热处理、表面氧化等引起的金属材料近表面层弹性性质的变化,建立了一种激光在基底上的梯度材料中激发超声波的理论模型,用有限元方法(FEM)模拟了热弹条件下脉冲激光作用于材料上表面激发出的声表面波及其传播过程.当表面层"变硬"时,讨论了不同的硬化层厚度和不同的弹性性质的变化对激光声表面波的影响.为进一步研究近表面层的弹性性质及材料性质的反演提供了理论依据.     

激光冲击硬化层中激光声表面波的实验研究

激光冲击硬化通过在材料的近表面产生残余压应力来提高材料的表面硬度和抗疲劳寿命。材料近表面性质的变化能够导致在其中传播的声表面波发生色散。为了研究激光冲击硬化后金属Al合金样品中的激光声表面波(SAW)的传播,提出一种合理的宽带激发和接收方法,搭建了由激光激发、聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器接收超声信号的实验装置。分别对不同条件下激光冲击的Al合金样品中的激光声表面波进行了探测,通过对接收到的超声信号进行时频分析得到了信号的频谱以及声表面波的相速度色散曲线,速度色散主要是由于晶粒方向改变和错位密度的增加引起的。     

板状材料中脉冲激光激发超声导波的数值分析

利用有限元法(FEM)对板状金属材料中脉冲激光激发的超声导波进行了理论研究。在考虑热弹激发的条件下,利用三维轴对称的有限元模型,计算了相同能量的分别具有不同聚焦半径以及脉冲宽度的脉冲激光光源直接作用于Al板表面激发出的声表面波信号的时域特征,并利用Wigner-Ville分布的时频分析工具得到了信号能量在频域上的分布特征。研究结果表明,激光单脉冲能量不变的情况下,超声导波信号的峰值幅度随着脉冲激光的聚焦半径的减小而逐渐增大;同时缩小聚焦半径也可以提高超声导波的频带宽度;然而脉冲宽度的变化却没有引起超声信号在时域及频域特征上的明显变化。     

激光声表面波检测材料表面微缺陷数值研究

采用平面应变的有限元模型数值模拟了激光线源辐照铝板表面激发出的声表面波的时域波形,比较了不同接收位置得到的位移信号的模式组成;同时研究了激光线源辐照区域近场存在表面微缺陷时产生的时域波形。数值结果说明：当激光源靠近表面微缺陷时激发出的声表面波模式中掠面纵波与瑞利波的位移信号均由典型的单极性迅速转变为显著的双极性特征,且瑞利波的峰-峰值将增加两倍左右,位移信号强度的显著变化为利用扫描激光检测材料表面微缺陷提供了理论依据。     

激光参数及激光超声探测方法对超声信号影响

文中通过激光超声激发过程理论模型,获得激光超声信号的波形特点,并分析相关参数对激发超声信号的影响。应用两种不同的激光超声探测方法对激光超声信号进行探测,即分别采用超声探头和基于双波混合干涉的光学探测方式搭建两种实验装置。实验针对入射激光参数对激发超声信号的影响及两种探测方法获得激光超声信号的特点进行分析。通过实验验证了理论分析结果,得出入射激光参数会影响激发超声的幅度,而基于双波混合干涉的光学探测方式可以获得更为完整的超声波形信息。     

激光参数对激光激发超声信号的影响分析

研究了激光参数对激光激发超声信号的影响.研究中首先理论分析激光激发超声过程中,激光参数对激发超声信号的影响.同时,设计并搭建一种激光激发超声的实验装置,实验验证理论分析结果.该实验装置应用脉冲激光配合光衰减结构对被测目标激发产生超声波,通过超声探头实现激光超声信号的探测.实验中以铝板为检测对象,对激光脉冲能量和照射光斑大小对激发超声信号的影响进行实验分析.通过理论分析及实验验证,可得出照射光斑直径与激光能量会直接影响入射激光功率密度,从而影响激发超声的幅度.     

Harmonic Signal Generation and Frequency Up-Conversion Using a Hybrid Mode-Locked Multisection DFB Laser

Harmonic signal generation and frequency up-conversion are demonstrated using a hybrid mode-locked multisection distributed-feedback (MS-DFB) laser. Hybrid mode-locking is realized by direct injection of electrical local oscillator (LO) signals into the laser gain control section. The harmonic signals are generated when multiple optical modes produced by the hybrid mode-locked MS-DFB laser are detected in a photodiode (PD). In addition, if data signals at f_IF are applied to the device along with LO signals at fLO, optical sidebands separated from the optical modes by f_IF are generated and harmonic up-converted signals are obtained by mode-beating in PD. Using this method, we demonstrate generation of the third-harmonic millimeter-waves at 30.79 GHz with f_LO at 10.263 GHz, and up-conversion of 12.5-Mb/s 32 quadrature amplitude modulation data at 300-MHz f_IF into 30-GHz band     

双频激光相干探测差频信号影响因素分析

为实现高速运动目标的低多普勒探测,提出了双频相干激光的差频光探测方法。对双频激光相干产生的差频信号光学影响因素进行了分析。首先,根据干涉理论得到差频光,结合维纳-辛钦定理推导得到了差频光的功率谱函数。然后,利用频域积分法得到差频光信噪比,并对差频光的条纹对比度进行了分析,最后进行了双频激光相干产生差频信号的实验研究。理论分析和实验表明,激光线宽的增大导致差频光信噪比和条纹对比度的下降,光程差越小条纹对比度越好,移频器的频率扰动导致差频光中心频率的波动。     

环形光源激发超声进行缺陷检测的数值研究

为了提高激光超声的激发效率且不对被测表面造成损伤,改变了光源的空间分布,采用脉冲激光环形光源激发超声及有限元方法, 应用多物理场耦合软件,对铝板中激发的超声全场波形进行了数值模拟,研究了环形光源中轴线上叠加横波的激发特性随激光参量而变化的规律,并与点光源激发超声进行对比。通过模拟缺陷所导致超声场的变化规律,提出一种环光源双面扫描检测裂纹的方法,验证了利用叠加横波特性进行缺陷检测的可行性和有效性。结果表明,使用环形光源,其光源损耗常在50%以下,可大大提高激发效率,横波传播方向稳定,叠加深度与光环半径有关,而环半宽则会影响叠加横波强度。该研究结果对环形光源激发超声应用于缺陷检测提供了参考。     

用蒙特卡罗法研究高散射介质中的成像

用蒙特卡罗方法模拟了均匀介质中含有散射系数和吸收系数不同的物体时 ,物体的位置和大小对表面漫射强度时间响应函数的影响 ;在频率域分析了用幅度差和相位差成像时 ,物体位置和大小对成像质量的影响。结果表明相位的探测比幅度的探测灵敏 ,高频探测比低频探测灵敏 ;物体与光源的几何位置影响物体的像质 ,光源与物体共线时成像最灵敏 ,横向位置变化比纵向位置变化影响大 ;物体越大 ,成像效果越好 ,物体小到一定程度时 ,对幅度和相位的影响超出系统的探测能力 ,这决定成像系统的分辨率 ,它是诸多因素的综合     

Technique to generate equal amplitude, higher-order optical pulsesin rational harmonically modelocked fibre ring lasers

A novel technique of pulse amplitude equalisation in higher-order optical pulses in a rational harmonically modelocked fibre ring laser is proposed and demonstrated. The combination of intracavity optical filtering, and even-order modulation sideband generation using nonlinear characteristics of a Mach-Zehnder intensity modulator can effectively eliminate pulse amplitude instability at higher-order rational harmonic modelocking. The generated optical pulse trains exhibit equal amplitudes with a high degree of spectral purity in terms of a large suppression of supermode noise, low amplitude noise, phase noise, and timing jitter     

Submillimeter wave generation through optical four-wave mixingusing injection-locked semiconductor lasers

This paper presents a comprehensive analysis of submillimeter wave generation through optical four-wave mixing (FWM) in an injection-locked semiconductor laser. The probe wave introduces pump-probe difference frequency amplitude modulation (AM) and phase modulation (PM) of the slave laser injection locked to the pump wave. The AM and PM indexes of the locked laser output lightwave modulated at the submillimeter wave frequency have been calculated. The submillimeter wave power generated through this technique has also been calculated theoretically. The analysis predicts a submillimeter wave power of -3.7 dBm at 300-GHz frequency for a free-running slave laser output power of 30 mW. In the presence of amplitude modulation of the probe wave, the same modulation is transferred to the submillimeter wave. The suppression of output lightwave amplitude noise relative to the pump, probe, or free-running slave laser amplitude noise has also been estimated in this analysis. At a submillimeter wave frequency of 300 GHz and a probe power equal to the pump power, typical amplitude noise reduction occurs by 7 dB