粒子图像测速中的可调数字脉冲同步器的设计

粒子图象测速PIV（Particle image velocimetry)技术是一种新型的流场测试技术,既能测得流场速度的大小,又可获得速度的方向。本文通过对PIV技术的物理模型的讨论和根据高流速流场的测量的需要,提出并设计了实时可调数字脉冲同步器,实现跨场技术,并应用到实际流场的流速测量中,取得了较好的效果。     

基于粒子图像测速的XeF(C-A)气体激光器增益区流场测量

基于粒子图像测速(PIV)技术,测量了闭合循环脉冲XeF(C-A)蓝绿准分子激光器增益区的流场。研究了放电区域内流场中心区、近激光窗口区和过渡区在未放电条件下定常流场的流速特征及放电后不同时刻的流场形态,分析了放电后流场的恢复时间与风机转动频率、放电电压的关系。结果表明:在近窗口区域,存在流速缓慢的涡流;在流场中心区,流速较大且分布均匀;放电后瞬态出现了流速极慢的流场停滞现象。     

流场测速中基于深度卷积神经网络的光学畸变校正技术

基于光学成像的流场测量技术,如粒子图像测速技术（PIV）,易受到因流体中折射率的不均匀性或晃动的介质边界引起的光学畸变而带来的影响。这些畸变会使得示踪粒子在图像上的位置分布产生误差且严重影响图像清晰度,从而增大流场速度测量的误差。为了提高光学流场速度测量的测量精度,自适应光学系统可以应用于其中去校正光学畸变。基于图像流场测量中的光学像差具有频率高,动态范围大,空间分辨率高等特点,对于这一应用场景,基于波前校正器件的自适应光学系统受到了器件本身性能的影响。基于深度学习的自适应光学技术在流场测量中的应用,建立了一种基于深度神经网络的无波前校正器件自适应光学校正技术,以深度神经网络代替传统的波前校正器件,用于粒子图像测速技术中的光学畸变校正。为了生成神经网络所需要的训练和测试数据集,搭建了可以实现波前测量的粒子图像测速实验平台,分析并建立了光学畸变在粒子图像上的图像退化模型。最后,以校正后PIV图像的校正效果和流场速度测量结果作为评价标准,对所建立神经网络的畸变校正性能进行了分析。     

一种测试油烟机风量的超声波系统

利用时差法的原理，设计了一种基于超声波气体流量计的油烟机风量测试系统，并通过与粒子图像测速法（PIV）在同一实验条件下的测试结果对比同一轴线上的速度，评价超声波测油烟机风量的可行性和效果。该流量计由STM32F103主控芯片、高精度计时芯片TDC-GP22等组成，从硬件系统提高计时精度。针对超声波气体流量计在使用过程中普遍存在的波动幅度大、计量精度不高和稳定性差的问题，软件设计了数据滤波算法。测量时，油烟机吸油烟时存在的震动所引起的大幅度脉冲采用前置限幅滤波处理；根据风量大小，后置卡尔曼滤波算法与算术平均算法解决了风量数据抖动的问题。超声波方式与PIV方法相比，超声波测量风量的效率更高，能够监测到风量在极小点的数据并实时显示，与PIV方式测量的结果相比误差在2%范围内，证明超声波法能够实现风量的计量，并具有较高的精度。     

两次曝光激光全息对温度场的观测

在喷气技术、燃烧过程、焊接技术等领域,经常会遇到高温、高亮度的轴对称流场,研究这类流场的温度和密度分布等特性是很有实际意义的课题。尤其测量温度和密度分布的瞬时值对研究工作更有重要意义。由于He-Ne激光光源应用于毫秒量级的流场是困难的,因此我们采用巨脉冲选模红宝石激光器。巨脉冲红宝石激光光源具有能量大、脉冲时间极短和对防震措施要求不严等优点。虽然它输出的激光的相干性比He-Ne激光差,但只要在器件中采取必要的选模手段,在照相光路中再进行适当     

基于激光多普勒测速的流场测试技术

激光多普勒测速技术,作为一种非接触式测速技术,具有测速精度高,测速范围广,空间分辨率高,不影响流场分布、可测远距离速度场等优点。因此多普勒测速技术已经在众多领域中得到广泛的应用。本文主要从理论上对激光多普勒测速技术进行分析,从实验角度阐述了激光多普勒测速技术的工作机理。并对激光多普勒测速技术在内燃机中流场测试应用的可行性进行分析,最后介绍了多普勒测速技术在内燃机流场测试中的应用和国内外发展情况。     

侧窗头罩高速层流流场光学传输效应数值模拟

高速流场光学传输效应是影响红外成像末制导技术在高速导弹上应用的关键。研究了气动光学传输效应中层流流场光学传输分量的计算方法。应用光线追迹法和物理光学方法研究层流流场引起的像偏移和低程度的像模糊，结合典型状态下的流场数据，进行了高速层流流场光学传输效应的数学仿真，得到了仿真计算结果。采用实际计算出的流场数据，得出的计算结果与工程计算的结果相比较，证明所建立的气动光学高速流场光学传输效应理论模型基本正确，可以用来进行仿真计算。     

脉冲激光测速装置

脉冲激光测速装置,是适应高速测量的需要而研制的。本文以小口径步枪弹丸速度测量为例,描述了脉冲激光测速的原理和实验结果。显然,不难将它推广到其他的高速测量上。 脉冲激光测速,是基于光学多普勒效应。光学中的多普勒效应,与声学中的不同,不论是光源相对于接收器运动,还是接收器相对于光源运动,只要接收器——光源视线与其运动方向相一致时,其多普勒频率均是     

低信噪比下脉冲重复周期渐变波形的相推测速实现

相推测速技术可以实现相位量级的测量精度,但是其存在准确提取相位和解相位模糊两大难点.本文提出了针对低信噪比条件下脉冲重复周期渐变波形的相推测速实现方法.首先,建立了考虑脉冲重复周期渐变波形的回波模型;然后介绍了基于包络测速解相位模糊的相推测速模型;进而为了提高相推测速在低信噪比条件下的适用性,分别提出了回波相位提取值修...     

基于激光PIV技术的XFD浮选机流场特征分析

采用激光粒子成像测速(PIV,particle imaging velocimetry)技术对XFD-1.5L浮选机流场进行测定,揭示了XFD浮选机流场特征。在浮选机转速为1 000r/min的条件下,对10-10、20-20和30-30等3个平面进行了探测。实验结果表明,XFD浮选机主要特征为:流体在主槽与副槽之间循环;浮选机主槽可以分为3个区域,Y=0~25mm区间以水平旋转流为主,Y=25~120mm区间以上升流为主,Y=120~145mm区间以流向副槽的水平流为主,分别对应于浮选理论中的搅拌区、分离区和泡沫区;浮选机流场设计合理,有利于矿物的分选。     

Improved long distance range-gated laser imaging system

The existing laser remote range-gated imaging system in China is large, expensive and impractical. To achieve long distance imaging, the high-power laser, high-power laser pulse drive, optical system and field synchronisation control are improved in this paper. The improved system is lightweight, easy to use and has a small volume. Experimental results show that the system can clearly map the target at 6 km far away and has a good adaptive adjustment function.     

高功率半导体激光抽运碱金属蒸汽激光器

随着半导体抽运固体激光器向更高的输出功率发展,固体激光工作物质的热效应问题成了该类器件发展的瓶颈,人们开始尝试用高功率半导体激光抽运气体工作物质来代替固体工作物质以实现良好的热管理。半导体抽运碱金属蒸汽激光器（DPAL）结合半导体激光高功率、高效率抽运和气体激光介质良好的热管理和光学特性,以及碱金属原子D线激光跃迁的高量子效率（99%）等优越性,有可能实现好的光束质量（近衍射极限）、高效率（斜率效率大于80%）、高平均功率的近红外激光,在定向能量传输、国防军事、激光钻油气井和激光工业加工等领域具有极好的应用前景。综述了DPAL激光器的工作原理、关键技术、最新研究进展和它的应用前景。     

二极管端面抽运千赫兹激光器

大功率千赫兹激光器作为雷达系统的核心部分之一,在大气科学的研究中显得极为重要。实现大功率千赫兹激光器的可行方式之一是采用主振荡功率放大器。为了获得窄脉宽、高光束质量的千赫兹主振荡器,采用二极管端面抽运的千赫兹电光调QNd:YAG激光器的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了重复频率1kHz、脉冲宽度5ns、单脉冲能量2.7mJ的1064nm激光输出,光光转换效率40%、光束质量M2=1.2。结果表明,该研究为1kHz,500W,10ns绿光主振荡功率放大器提供了合格的种子源。     

Phase-locking of two photonic crystal fibre lasers by mutual injection scheme

In recent years, exciting progress has been made in the upscaling of high-power fibre lasers, owing to the advance in cladding pump and fibre fabrication technologies. Especially, with the advent of photonic crystal fibres (PCFs), Yb-doped PCFs are rapidly being developed and utilised in the study of high-power fibre lasers, the reported output power of PCF laser having exceeded kW levels [1]. Compared with the conventional fibres, PCFs have many unique properties such as endless singlemode guiding, large singlemode area, small nonlinearity, and high numerical aperture of inner cladding, etc., which make PCFs especially suitable for producing high-power lasers with good beam quality. However, as in the case of the conventional fibre lasers, nonlinear effects and onset of catastrophic thermo-optical damage are the main limitations of the upgrading of high-power PCF lasers. Thus, coherent addition schemes are also desired for PCF lasers to achieve higher output power with higher brightness.     

高功率TEA CO2激光器控制系统设计

随着高功率TEA CO2激光器技术的快速发展，及其在工业加工、科学研究、航空航天等领域的广泛应用，对其自身控制系统也提出了更高的性能要求。针对所研制的高功率TEA CO2激光器，设计了一种基于DSP数字信号处理器技术的控制系统，分别从硬件、软件两方面对控制系统的核心单元做了详细的介绍；为了克服激光器在工作过程中产生的强电磁干扰，对控制系统采取了屏蔽箱体结构、电源滤波、安全接地、数字滤波、关键数据存储自恢复、抗复位干扰等设计。经过激光器长时间运行试验，控制系统工作稳定、可靠，控制响应速度快，同时满足了抗强电磁干扰的设计要求，具有很好的实用和推广价值。     

新型多芯光纤的模场特性分析

为了实现高功率、高亮度的光纤激光输出,研究了新型多芯光纤组束技术,基于大模场倏逝波,采用时域有限差分数值模拟方法,对多芯光纤(包含多根微纳纤芯或包含多根微纳芯和大芯径纤芯)的模场特性进行了数值仿真和理论分析。结果表明,以一定方式排列的微纳光纤束阵列中多根微纳纤芯可以很好耦合;当多根微纳芯和大芯径纤芯组束时,微纳纤芯能够有效地平坦模场。这一结果对于高功率光纤激光器和放大器的进一步发展很有帮助。     

高功率循环流动型半导体泵浦碱金属蒸汽激光器研究进展（特邀）

半导体泵浦碱金属蒸汽激光器（DPAL）兼具半导体激光器和气体激光器的技术特点，具有量子效率高、受激发射截面大、折射率扰动较小和热管理便捷等优势，可实现高效率、高功率和高光束质量近红外激光输出，在工业制造、军事、医疗和科研等领域具有重要的应用价值。对于封闭静止型DPAL，在高功率泵浦情况下，蒸汽池内工作气体温度升高，热效应严重，造成DPAL性能下降。而循环流动型DPAL利用气体流动带走废热，可显著缓解工作气体的热效应，从而实现高功率激光输出。目前，循环流动型DPAL已成为实现高功率激光输出的主要技术路线，引发了越来越多的关注和研究。文中将介绍循环流动型DPAL的基本原理，概述其国内外发展现状，分析其高功率运转情况下的主要问题和解决途径，并对循环流动型DPAL的发展趋势进行展望。     

High-power single-mode ZnO thin-film random lasers

The possibilities to realize high-power single-mode ultraviolet lasing in highly disordered zinc oxide (ZnO) thin films are investigated. An effective one-dimensional time-domain traveling-wave model is developed to simulate random laser action in ZnO thin-film waveguides with ridge structure. Spectral and spatial redistributions of lasing modes, due to lasing mode localization and repulsion, are shown in highly disordered media. Hence, by controlling the photon density distribution, selective excitation of lasing modes can be achieved. A coupled-cavity ZnO thin-film random laser is also proposed to achieve high-power single-mode operation under nonuniform pumping. Preliminary experimental results have verified the possibility to realize high-power single-mode emission by the use of the proposed coupled-cavity design.     

激光技术在燃油喷雾测试中应用的进展

本文系统地概述了近年来激光测雾技术的发展,介绍了激光多谱勒测速技术、粒子图象测速技术、激光散射技术、激光全息技术、激光荧光法以及激光衰减法的原理、特点和存在的一些问题,并指出了激光测试技术在燃油喷雾研究中的应用前景。     

基于棱镜实现三倍频谐波分离

基于棱镜的色散特性,提出一种楔形窗口与聚焦透镜组合的方式,解决了高功率激光装置三倍频谐波分离所存在的问题,即三倍频的高通量传输和靶面辐照。结合“神光Ⅱ”装置多功能高能激光系统有关参数进行系统设计,确定了楔形窗口参数,并对其所引起的B积分和间距误差进行了分析。通过实验测试,三倍频传输通量由0.7～1J/cm2提高到2.8J/cm2,同时靶面三倍频和二倍频分离间距达到2.85mm,实现了高功率激光装置高通量传输的三倍频谐波分离。