坐标缩放激光角谱传输及在激光光学系统中的应用

提出了坐标可缩放的激光传输角谱算法,用于评估激光光学系统性能并分析其系统公差。考虑Collins公式可用于计算激光光束在光学系统中的衍射传输过程,对该积分公式进行了坐标代换,将衍射积分公式转换为角谱传输过程,并引入坐标缩放因子,实现了目标面尺寸的自由选择,提高了激光传输计算的准确性。设计了一套激光传输系统,定义占有86.5%桶中功率的光斑尺寸为光斑半径,用提出的算法对激光光束传输公差进行了分析。分析表明:作用距离为90m时,焦面激光光斑的半径为0.8~1.4mm,期望值为0.92mm,实验测量值为1.01mm;作用距离为49m时,焦面激光光斑的半径为0.42~0.73mm,期望值为0.48mm,实验测量值为0.46mm,实验结果与公差分析相符。另外,通过公差分析验证了激光光束在光学系统中的焦移现象。由角谱法对激光传输系统的理论分析与实验结果相符,证明了该方法用于激光聚焦光学系统设计的可行性。     

基于单目视觉的激光光束方向标定研究

在由激光位移传感器组成的测量系统中,激光光束的方向是一个关键参数.方位角和俯仰角对于一条激光光束是最为重要的两个参数.本文中提出一种基于单目视觉的激光光束方向测量方法.首先,将CCD相机放置于基础平面上方,保持相机光轴与基础平面接近于垂直状态,并利用误差为10μm的圆孔型标定板建立单目定位模型.然后将激光光束发生装置放置在基础平面上并保持位置固定,同时在基础平面上放置特制靶块,使激光光束可以投射到靶块斜面上并形成一个激光光斑.在基础平面上方放置的CCD相机可以清晰的采集到激光光斑、靶块斜面的图像,应用相关算法提取出光斑质心的二维图像坐标.沿激光光束方向以相等间距移动靶块,通过CCD相机采集每移动一次靶块在当前位置下的光斑、靶块图像.利用相关的转换公式,结合靶块本身固有参数,将光斑质心图像二维坐标转换为基础平面下的空间三维坐标.由于靶块的移动,会得到靶块不同位置下激光光斑质心的三维坐标,将这些三维坐标拟合成空间直线表征待测激光光束.拟合直线得俯仰角即为待测激光光束的俯仰角.实验中,应用高精度仪器对靶块参数进行测定,并使用高精度标定板标定相机内外参数建立相应的定位模型.测量精度主要通过单目视觉定位精度、光斑重心提取精度来保证.结果显示,待测光束的俯角最大误差达到0.02°,光束间夹角的最大误差为0.04°.     

基于单目视觉的激光光束方向标定研究（英文）

在由激光位移传感器组成的测量系统中,激光光束的方向是一个关键参数。方位角和俯仰角对于一条激光光束是最为重要的两个参数。本文中提出一种基于单目视觉的激光光束方向测量方法。首先,将CCD相机放置于基础平面上方,保持相机光轴与基础平面接近于垂直状态,并利用误差为10μm的圆孔型标定板建立单目定位模型。然后将激光光束发生装置放置在基础平面上并保持位置固定,同时在基础平面上放置特制靶块,使激光光束可以投射到靶块斜面上并形成一个激光光斑。在基础平面上方放置的CCD相机可以清晰的采集到激光光斑、靶块斜面的图像,应用相关算法提取出光斑质心的二维图像坐标。沿激光光束方向以相等间距移动靶块,通过CCD相机采集每移动一次靶块在当前位置下的光斑、靶块图像。利用相关的转换公式,结合靶块本身固有参数,将光斑质心图像二维坐标转换为基础平面下的空间三维坐标。由于靶块的移动,会得到靶块不同位置下激光光斑质心的三维坐标,将这些三维坐标拟合成空间直线表征待测激光光束。拟合直线得俯仰角即为待测激光光束的俯仰角。实验中,应用高精度仪器对靶块参数进行测定,并使用高精度标定板标定相机内外参数建立相应的定位模型。测量精度主要通过单目视觉定位精度、光斑重心提取精度来保证。结果显示,待测光束的俯角最大误差达到0.02°,光束间夹角的最大误差为0.04°。     

基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量误差补偿

针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差,提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系,利用位置敏感探测器(PSD)和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化,从而获得更为准确的转角测量结果,最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性,搭建激光外差干涉测量实验装置,分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52μm降至0.18μm,测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10^-4°内,对M-531. DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量,将测得的转角进行位移补偿后,系统的位移测量结果与M-531. DD线性导轨位移的标准差从1.55μm减小到0.29μm。     

机载激光通信中气动光学的影响及补偿

为了抑制机载激光通信中大气附面层引起的散斑现象,开展了气动光学效应及相应补偿方法的研究。从理论上分析了气动光学效应对光传输的影响;根据试验飞机型号和设备安装位置,对光学窗口形状、厚度等参数进行了优化设计,并对窗口变形和空气流场分布进行了仿真分析,完成了光学窗口改造。最后,根据试验中大气附面层引起的接收光斑离焦现象,进行了光学仿真,研制了3种焦距的补偿镜。在飞行距离为10~140km,飞行高度为1 500~4 500m条件下进行了飞行试验,对不同补偿镜的补偿效果进行了分析。结果显示,在接收光路中增加焦距为5.5×105 m的凸透镜后,接收光斑离焦现象得到了抑制,接收光功率闪烁方差减小了1/3,表明经过补偿后的光学窗口可有效抑制大气附面层对激光通信的的影响。     

光针轮廓扫描技术测量内螺纹曲面

分析了激光光针扫描在测量内螺纹曲面时的特性及影响精度的因素。根据光斑在被测面的噪声分布特点,采用中值滤波与小波阈值去噪相结合的综合滤波算法对光斑图像进行了去噪处理,其中中值滤波可以有效地消除光斑图像中的脉冲噪声,而基于小波变换的阈值去噪算法可以消除图像中的高斯噪声。通过综合滤波算法对光斑图像进行处理,可以有效消除激光光斑噪声,消除图像噪声对测量精度的影响,同时保持了光斑图像的细部特征。根据激光光斑图像在倾斜被测物体表面光强分布特点,设计了近似圆拟合算法来确定光斑中心,该算法相对传统算法具有计算量小、计算效率高,适合在线检测的特点,可以克服测量面倾斜对激光光斑中心的影响。利用采用上述方法的坐标机激光光针扫描系统,对标准内螺纹量规进行测量,对比应用前后的测量结果,螺距精度提高了0.48 mm,中径测量精度提高了0.44 mm,牙型角精度提高0.57°。     

旋转测量状态下光斑中心定位方法

目前,对管道内腔为自由曲面的截面轮廓进行高精度测量是行业难题。拟将多个不同测量范围的激光位移传感器放置于管道内腔中,采用旋转的方式对内腔进行测量,将得到的测量数据进行归一化处理后获得被测管道内腔截面轮廓形状。分析测量过程中激光光斑的变化情况,针对光斑图像的多峰、散斑、平顶与形状变化等现象,提出了一种基于传统灰度重心法进行粗定位的距离倒数加权多项式插值亚像素光斑中心定位方法。采用中值滤波对光斑图像进行预处理,通过自适应阈值分割法从环境背景光强中分离出光斑中心定位区域。通过MATLAB仿真与灰度重心法、加权灰度重心法与高斯拟合法传统光斑中心定位方法相比,结果表明,光斑中心定位精度达到0.01 pixel,在激光光斑中心定位精度和稳定性方面有一定的改善,明显优于传统的光斑中心定位算法。     

基于MATLAB的激光光斑图像处理算法

提出了一种基于MATLAB的激光光斑图像处理仿真算法.在MATLAB环境下,首先对采集到的光斑图像进行平滑滤波、亮度调节、阈值分割和边缘检测等图像处理,确定出光斑区域并得到边缘点的位置信息,再根据最小二乘法进行圆拟合进而计算得到光斑中心点的坐标.仿真结果表明,该算法能够快速、准确地得到光斑中心位置点,且达到很高的测量精...     

提高外场脉冲激光光斑测量距离的有效方法

介绍了提高外场脉冲激光光斑测量距离的两个关键技术:CCD电子快门预测和背景相减技术, 并给出了提高白天外场脉冲激光光斑的测量距离的试验效果,在激光制导武器系统和激光告警系统的研制中都有重要的意义.影响白天外场对脉冲激光光斑的测量距离的主要原因是激光光斑被淹没在阳光照射的背景里,不能提取光斑图像.设法让电子快门的触发脉冲在每个激光脉冲到来前的固定时间间隔产生,保证CCD捕捉到光斑的全部能量,从而可以使CCD输出最亮的光斑图像.另一方面,在激光没有照射时,采集一帧图像作为背景, 让激光照到靶板后的图像与背景图像相减,结果只在光斑照到的位置处有不同.在相减后的图像中,使激光光斑突出.试验证明采用本文介绍的技术明显地提高了外场脉冲激光光斑测量距离.     

基于二象限探测器的离焦探测

为同时获取离焦方向和离焦量,二象限探测器是最简探测器。在由二象限探测器构成的离焦探测系统中,当光斑移动方向与探测器分界线有一固定或变动夹角时,将引起离焦曲线变化或不稳定。此外,实际的探测器所具有的死区也会影响离焦曲线,同时还限制离焦动态范围。由除法构建的离焦算法,已被用于激光直写中离焦探测部分的设计。     

激光加工在汽车工业生产中的应用

通过在汽车制造中采用激光加工技术的大量应用实例,说明激光加工技术不仅能保证汽车的加工质量,且加工可靠安全,使制造效率提高明显降低了制造成本。     

激光技术在汽车工业中的应用

通过国外汽车公司的一些实例,介绍了汽车工业应用的激光技术,对激光切割、激光焊接、激光表面处理、激光检测等技术的原理、特点、应用范围作了较为详细的分析,同时对激光技术在国内汽车工业的应用也进行了阐述。指出激光技术能够保证汽车的加工质量,提高生产效率,降低制造成本,适合于在汽车工业推广使用。最后,对激光技术的研究趋势进行了讨论。     

均匀光强分布的5kW半导体激光硬化光源研制

随着半导体激光自身输出功率和转换效率的提升,半导体激光已经广泛的应用于激光加工领域。本文针对目前激光加工领域对半导体激光硬化光源的需求,研制了波长为976nm的连续输出半导体激光硬化光源。该光源采用空间/偏振合束工艺达到了较高的合束效率,采用柱面微透镜阵列分割与聚焦镜复合较好地匀化了巴条激光器慢轴方向固有的光强起伏,使聚焦光斑的光强呈平顶分布。最后对该光源进行了实验装调和测试。结果表明,在工作电流为93A时,光源的最大输出功率为5 120W,电光转换效率达47%,光斑尺寸为2mm×16mm,光斑分布为平顶分布,平整度大于90%,满足工业中对大面积、高效率激光硬化的要求。     

808nm高亮度半导体激光器光纤耦合器件

针对单个808nm单管半导体激光器输出功率低,采用端面泵浦方式对光纤激光器进行泵浦时受到限制的问题,本文利用空间合束技术制成高亮度半导体激光器光纤耦合模块来提高808nm单管半导体激光器泵浦掺Nd3+双包层光纤激光器的效率。首先,通过微透镜对每个单管半导体激光器进行快慢轴准直;然后,使用反射棱镜对每个激光器发出的光进行空间合束;最后,利用自行设计的扩束系统将合束后的光束进行扩束,聚焦进入光纤,从而极大地提高光纤耦合模块的亮度。实验中将4只连续输出功率为5W的单管半导体激光器发出的光束耦合进芯径为105μm、数值孔径(NA)为0.2的光纤,当工作电流为5.8A时,通过光纤输出的功率为15.22W,耦合效率达到74%,亮度超过1.4MW/cm2.sr。     

激光器在数字散斑干涉系统中的应用

介绍了在数字散斑干涉系统中经常使用的激光器 :He- Ne激光器、半导体激光器和 LD泵浦的固体激光器 ,总结了这几种激光器在数字散斑干涉系统中的应用原理 ,对比了各自的优缺点 ,并提出了一种新的应用领域——在采用数字散斑干涉技术的机器人口型识别系统中 ,应用微片激光器作为光源 ,对该激光器作了分析介绍 ,讨论了它的特点。     

全固态589 nm复合腔连续波和频激光器

给出了一种复合腔结构和频激光器,用2台激光二极管阵列(LDA)经过光纤耦合分别单独端面抽运Nd:YVO₄和Nd:YAG晶体,其中Nd:YVO₄和Nd:YAG晶体所选择的能级跃迁分别为⁴F_3/2-⁴I_11/2和⁴F_3/2-⁴I_13/2,其对应激光跃迁波长分别为1 064 nm和1 319 nm,两基频激光束分别在两个子谐振腔中振荡,在其交叠区利用KTP II类临界相位匹配(CPM)进行腔内和频,获得了589 nm的和频激光。当抽运功率为8 W/14 W时获得了340 mW连续波TEM₀₀黄激光输出。光束质量因子M²<1.2,激光输出功率噪声低,4 h功率不稳定度小于±3％。该复合腔结构是实现LDA泵浦589 nm全固态黄光激光器一种有效的和频方法。     

1.1 W内腔和频连续波橙黄光Nd:YVO4激光器

研制了一种由激光二极管阵列端面泵浦的Nd:YVO4晶体腔内双波长和频连续波大功率橙黄光激光器.利用I类临界相位匹配LBO,由1 064 nm和1 342 nm内腔和频获得了593 nm橙黄激光.在12 W注入泵浦功率下,获得了1.1 W的TEM00模和低噪声橙黄激光输出,光光转换效率为9.2%,M2因子＜1.2,4 h功率不稳定度＜±2%.该输出功率是目前腔内和频593 nmNd:YVO4激光器中最高的.     

A Laser Ranging System Using Chaotic Light

A novel laser ranging system using chaotic laser as probe light source is designed and presented.The system is made up of five components:chaotic light source,transmitter,receiver,data acquisition unit and data processing unit.Chaotic light is generated by an 808 nm,500 mW,single-mode laser diode with optical feedback cavity.Single target detection and multi-target detection are experimentally realized by correlating the chaotic reference light and the reflected or backscattered probe light.The performances,including the resolution of 18 cm within at least 130 m range and the sensitivity of-20 dB,are achieved and analyzed.     

新光源半导体激光器

通过对氦氖激光器和半导体激光器的性能比较,把以往用氦氖激光器做光源的部分物理实验改用新光源半导体激光器来实验。     

激光散斑无损检测技术的研究

引入了一种新的无损检测技术一激光散斑无损检测技术。文中首先阐述了激光散斑检测的原理和主要技术参数。着重研究了激光散斑检测技术,并将散斑照相和激光全息照相进行了比较分析。这一先进的光测技术与传统的检测方法相比有不可比拟的优越性,是一种先进和具有发展潜力的光测技术。