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2005 年第 3 期

高功率980 nm垂直外腔面发射激光器(VECSEL)的理论研究
何春凤,路国光,单肖楠,秦莉,晏长岭,宁永强,李特,孙艳芳,王立军
2005, 13(3): 247-252.

摘要：利用周期谐振增益结构设计了以InGaAs/GaAsP/AlGaAs为有源区的980 nm二极管泵浦垂直外腔面发射半导体激光器。根据理论模型计算了纵模限制因子、阈值增益、光增益、输出功率等特征参数,优化了激光器特征参数并设计了OPS-VECSEL结构。理论计算表明,LD泵浦的垂直外腔面发射激光器的输出功率可大于1.0 W。
关键词：垂直外腔面发射激光器;LD泵浦;纵模限制因子;光增益

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发布时间：2020-08-12
VCSEL直接倍频蓝光固态激光器的研究
马莹,王成,缪同群
2005, 13(3): 253-259.

摘要：980 nm垂直腔面发射激光器(VCSEL)采用直接倍频和在复合腔中倍频两种方式实现了490 nm蓝光输出。整形采用0.23p@980nm的自聚焦透镜(GRIN lens),倍频晶体选择非线性系数相对较大、允许角相对较宽的LBO晶体。在VCSEL输出功率为530 mW时,选取透过波长为980 nm、长度为0.23 pitch的自聚焦透镜整形,倍频晶体选择2 mm×2 mm×5 mm的LBO晶体,输出了50 μW的490 nm蓝光,在增加了曲率半径R=50 mm的外腔镜后得到了70 μW的490 nm蓝光。
关键词：垂直腔面发射激光器;直接倍频;复合腔;LBO晶体;自聚焦透镜;二次谐波振荡

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发布时间：2020-08-12
全固态589 nm复合腔连续波和频激光器
吕彦飞,檀慧明,钱龙生
2005, 13(3): 260-264.

摘要：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。
关键词：激光二极管阵列;和频;全固态激光器;黄光激光器

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发布时间：2020-08-12
ZnO薄膜非线性光学特性的实验研究
刘成有,宁丹,B. P. Zhang,Y. Segawa
2005, 13(3): 265-271.

摘要：利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在蓝宝石衬底上生长一层高质量的ZnO薄膜。为了考察沉积温度对样品的非线性特性的影响,在200~500 ℃生长了一系列ZnO薄膜。用X射线衍射谱(XRD)及扫描电镜(SEM)对样品结构进行了评价。以Nd:YAG激光器输出的1.06 μm的激光为基频光,对ZnO薄膜样品的二阶及三阶非线性光学特性进行了实验研究。实验发现,对于250 ℃沉积温度的样品有较强的非线性效应,实验测得的二阶非线性极化张量 χ ⁽²⁾_ZZZ=9.2 pm/V, 三阶有效非线性系数χ⁽³⁾=5.28×10^－20 m²/V²。
关键词：二次谐波振荡;金属有机化学气相沉积;二阶极化率;三阶极化率;沉积温度

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水靶激光等离子体光源11~20 nm波段光谱实验
齐立红,李忠芳,尼启良,陈波
2005, 13(3): 272-275.

摘要：实验以水为靶材,Nd:YAG激光器为照射激光构成激光等离子体光源,产生软X射线-极紫外辐射。利用McPHERSON 247型掠入射软X射线-真空紫外单色仪、AXUV100硅光电二极管,测量了11~20 nm波段水靶激光等离子体光源的光谱。实验表明,在11~20 nm波段水靶激光等离子体光源存在多条线谱,均由水中氧离子电子跃迁产生。所用单色仪光谱分辨率Δλ≤0.075 nm,波长扫描间隔0.5 nm。另外,采用在喷嘴处加热的办法,很好地解决了水进入真空系统后绝热膨胀与蒸发过程中温度骤降而结冰的问题,有效地抑制了喷射距离缩短,克服了等离子体对喷嘴腐蚀严重的问题。
关键词：激光等离子体光源;光谱测量;软X射线;水靶

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压电驱动式双喷嘴挡板电液伺服阀
程光明,李鹏,杨志刚,鄂世举,刘建芳
2005, 13(3): 276-282.

摘要：设计了一种利用压电双晶片驱动器代替传统双喷嘴电液伺服阀力矩马达驱动部分的新型电液伺服阀,以期改善现有该型阀的动、静态特性。通过试验得出,设计的压电双晶片驱动器输出位移为82.5 μm,全量程位移波动小于0.7 μm,谐振频率1.2 kHz,完全满足双喷嘴电液伺服阀对驱动器的要求。试验表明:基于此驱动器的电液伺服阀在频率低于100 Hz的范围内具有良好的线性度,克服了传统双喷嘴电液伺服阀在频宽和抗电磁干扰能力等方面的不足。
关键词：电液伺服阀;压电双晶片;反馈控制

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一种压电驱动微操作器及其释放位置精度分析
吴建华,褚家如
2005, 13(3): 283-290.

摘要：报道了一种利用压电陶瓷双晶片驱动的适用于尺寸在20~200 μm之间微器件装配操作的微操作器。夹持臂尖端直径约15 μm,在80 V的电压驱动下闭合约200 μm的距离。通过理想操作模型分析了微器件释放的位置误差来源和提高微器件释放位置精度的方法,并进行了高分子小球的排列和释放实验。在相对湿度50%的环境下对直径约170 μm的高分子小球的操纵中,实现了2 μm的释放位置精度。实验表明本微操作器能高精度地完成微器件的拾取、移动和释放操作。
关键词：微操作器;位置精度;压电陶瓷双晶片;粘附力

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新型压电步进型精密直线驱动器
刘国嵩,赵宏伟,曾平,程光明,杨志刚
2005, 13(3): 291-297.

摘要：以压电叠堆为驱动元件,设计了新型的步进型精密直线驱动器。驱动器由于设计了独特的双侧对称箝位结构,可以利用精调斜块准确调整箝位面与动子的配合间隙,同时采用整体加工的柔性结构,保证了工作的稳定性和准确性。应用有限元分析方法对步进型精密直线驱动器进行了力学分析,并进行了大量的试验研究。试验测试结果表明:驱动器的分辨率达到40 nm、行程18 mm、驱动速度达到6 mm/min,可牵引150 g的载荷。
关键词：直线驱动器;压电叠堆;柔性铰链;精密驱动;有限元分析

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压电双晶片型惯性冲击式旋转精密驱动器研究
张宏壮,曾平,华顺明,程光明,杨志刚
2005, 13(3): 298-304.

摘要：研制了一种以自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片为驱动单元的新型惯性冲击式旋转精密驱动器。对自由端带有集中质量的悬臂式压电双晶片的动态特性进行了有限元法和实验分析,提出了压电双晶片型惯性冲击式精密驱动器特定的定频调压驱动方法。对压电双晶片型惯性冲击式旋转精密驱动器进行了性能测试,驱动器旋转行程为180°、旋转步长分辨力为1μrad、最大转速为0.2 rad/min、最大扭矩为0.02 Nm。该驱动器结构简单,特别是成本为传统惯性冲击式驱动器的1/100左右。
关键词：惯性冲击;压电双晶片;悬臂;有限元分析

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压电型步进精密旋转驱动器
赵宏伟,刘建芳,华顺明,刘国嵩,程光明,吴博达
2005, 13(3): 305-310.

摘要：提出了一种将压电叠堆驱动元件应用到精密旋转驱动器上的研究方案。在对驱动器机械结构及旋转运动工作原理进行分析的基础上,建立了以压电叠堆为驱动元件的旋转驱动数学模型,采用有限元分析软件对机械结构进行了分析,并从旋转运动分辨率、运动稳定性等方面对所设计加工的样机进行了实验研究。实验结果表明设计的结构具有分辨率高、行程大和运行稳定等优点,克服了目前精密驱动机构存在的位移最小分辨率和大行程共存性不好的问题。
关键词：旋转驱动;压电叠堆;有限元分析;柔性铰链

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双腔薄膜阀压电泵的实验研究
曾平,程光明,刘九龙,孙晓锋,赵艳龙
2005, 13(3): 311-317.

摘要：实验研究了理论所不能解释的多种因素对双腔压电泵输出流量的影响规律。选取了一种高效的橡胶薄膜阀片,设计并制作了具有较高输出能力的双腔泵样机。120 V交流信号下,双腔串联压电泵最佳工作频率为180 Hz,输出参数为520 ml/min、22 kPa;双腔并联压电泵最佳工作频率为420 Hz,输出参数为980 ml/min、28 kPa。通过实验确定了双腔压电泵的最佳腔体高度及双腔串联、并联压电泵压电片的最佳驱动方式。
关键词：双腔;薄膜阀;压电泵;实验测试

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微型压电泵系统的设计研究
杨树臣,程光明,刘国君,刘建芳
2005, 13(3): 318-323.

摘要：提出了一种整机采用迭片式结构,单向阀采用悬臂梁式薄片阀的新结构微型压电泵,设计、制作了实验用样机泵,设计了正弦信号发生器电路,将产生的正弦信号经过电压放大和功率放大后,作为该泵的电源驱动,通过对该泵的工作性能进行较为系统的实验测试和研究,提出了利用多腔体串联结构提高压电泵性能的优化设计方案。实验测试表明,该泵工作性能稳定(样机尺寸:Φ15 mm×1.8 mm;50 V正弦信号输入,80 Hz条件下,最大输出压力22 kPa,流量达到3.6 ml/min)。该泵的设计方法及所用制作工艺可用于研发大量生产的实用微型泵。
关键词：悬臂梁阀;微型泵;压电泵;迭片结构

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发布时间：2020-08-12
超声波马达的真空和温度特性研究
曲建俊,程显敏,罗云霞,于佳庆
2005, 13(3): 324-331.

摘要：研究了超声波马达在非常状态下的驱动行为,选取了5种工程塑料作为转子摩擦材料,利用真空试验机和自制的与其相匹配的超声波马达模拟试验台,采用对比试验方法,研究了接触预紧力、真空度和环境温度等对行波型超声波马达的驱动特性的影响。结果表明,随着预紧力和真空度的增加,马达的堵转力矩增加而空载转速下降;随着环境温度的增加马达的空载转速下降。运用声学理论分析了真空度对接触状态的影响,得出声悬浮作用使定子和转子的动态接触力减小的结论。在真空状态下,超声波马达的堵转力矩比常态下提高的主要原因是声悬浮作用降低引起定子和转子的动态接触力增加所致。
关键词：超声波马达;真空;温度

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一种微位移促动器的设计和检测
李国平,苗新利
2005, 13(3): 332-338.

摘要：设计制造了一套微位移促动器并进行了检测。比较了常用的实现高精度、大行程的微位移机构的工程方法,并结合大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜(LAMOST)微位移调节机构的实现原理,采用步进电机驱动减速器、精密丝杆型式,及高精度的杠杆缩放结构,实现了高精度、大行程的微位移促动器。根据该传动机构的特点,对机构的误差进行了分析,通过计算机查表校正丝杆的传动误差。双频激光干涉仪的检测结果表明该微位移促动器在行程范围内灵敏度达到了201 nm±48 nm,步长为10 μm,单向精度达到了标准偏差237 nm。
关键词：微位移促动器;误差分析;校正;检测;传动机构

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发布时间：2020-08-12
基于马赫-曾德尔干涉仪的全光逻辑异或门理论研究
潘炜,邹龙方,罗斌,邹喜华
2005, 13(3): 339-347.

摘要：基于半导体光放大器(SOA)和线性光放大器(LOA)构成的马赫-曾德尔干涉仪(MZI),从速率方程出发,模拟了LOA的泵浦放大和增益箝制特性,建立了SOA-MZI和LOA-MZI结构全光异或门数值模型,通过控制探测光功率和偏置电流,实现了两路40 Gbit/s 信号的异或运算。并通过求解速率方程,对异或运算的结果进行了分析和比较;从器件结构上对2种异或门运算结果的差异给出了解释。结果表明:SOA和LOA中载流子恢复时间限制了信号处理速度;合理控制偏置电流和探测光功率可以提高信号处理能力;LOA具有增益箝制作用,对输入信号的扰动具有不敏感性;与SOA-MZI异或门相比,LOA-MZI异或门输出信号的消光比较高,功率较低;对于输出脉冲波形而言,LOA-MZI异或门性能优于SOA-MZI异或门。
关键词：马赫-曾德尔干涉仪;全光逻辑异或门;半导体光放大器;线性光放大器

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发布时间：2020-08-12
基于BP神经网络的大视场成像畸变校正方法
史泽林,康娇,孙锐
2005, 13(3): 348-353.

摘要：提出了基于BP神经网络的畸变校正方法,实现了在不确知畸变数学模型情况下的高精度校正。应用平行光管法测得900组光点坐标数据作为BP神经网络的训练样本,通过训练得到一个隐含层有6个节点的3层BP神经网络模型,然后使用77组数据检测了该神经网络的校正效果,并与使用相同检测数据的双线性插值方法进行了比较。实验表明,神经网络较插值方法精度高,误差数据分布的规律性好,而且与插值方法相比,它避免了误判区域的问题,便于校正。
关键词：大视场;光学畸变;BP神经网络;畸变校正

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发布时间：2020-08-12
基于传感器参数和目标轮廓中心的自动配准算法研究
刘松涛,王学伟,周晓东,王成刚
2005, 13(3): 354-363.

摘要：通过对光电成像型反舰导弹的成像过程分析,提出了一种自动配准算法。其基本思路是将图像变换模型分解,逐步简化。可见光和红外图像配准时的变换为仿射变换。首先,利用传感器参数的调整,消除图像间的比例变化,将仿射变换简化为刚体变换;然后,依赖图像信息,用形态学边缘检测的方法求取目标的轮廓中心,以此为控制点消除图像间的平移变化,实现图像的完全配准;最后,通过观察海天线是否重合以及利用均方根误差原则,对算法的配准效果做详细评估。仿真实验表明,该算法准确、快速,配准精度满足目标识别的要求,可以较好地解决异类传感器弱小目标图像配准的难题。
关键词：多传感器图像;图像配准;自动配准;变换模型;形态学边缘检测

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发布时间：2020-08-12
啁啾效应对Bragg波长匹配解调精度的影响与消除
庄其仁,龚冬梅,曾永西
2005, 13(3): 364-370.

摘要：介绍了光纤光栅Bragg波长的匹配解调原理,分析了传感光纤光栅和匹配光纤光栅的反射谱相关函数, 说明相关函数与光电探测器输出信号具有线性关系。指出基于最大相关原理(光电探测器输出信号极值判断法)的匹配解调只适用于两个光纤光栅具有相同的反射谱型。采用光电探测器输出信号峰值判读时,传感光纤光栅的啁啾效应会引起Bragg波长的解调误差。理论分析和实验研究表明,对光电探测器输出信号进行去卷积运算处理可以消除传感光纤光栅啁啾效应对Bragg波长解调精度的影响。
关键词：光纤光栅;匹配解调;啁啾效应;去卷积处理

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发布时间：2020-08-12
光栅法在船体横扭角测量中的应用
王建军,王颖
2005, 13(3): 371-375.

摘要：介绍了测量船船体变形测量系统几种测量方法的基本工作原理,比较了这几种测量方法的优缺点,在此基础上提出了一种新的测量方法-光栅法。该方法涉及的测量系统不仅体积小、质量轻,便于安装调试,而且精度也比较高,克服了前几种方法的不足。光栅法采用了图像高精度亚像素定位方法,可提高测量精度。对该方法的测量精度进行了理论分析与仿真试验,从理论误差和试验结果中,可得出结论:光栅法的测角精度可优于5″,能达到测量船船体变形测量系统的要求。
关键词：图像处理;亚像素处理;变形测量系统;光栅法;横扭角

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光电混合联合变换相关器中各元器件结构参数之间的关系
王玉荣,徐鹏,王青圃,杨永斌,马宝民
2005, 13(3): 376-384.

摘要：分析了空间光调制器(SLM)和面阵CCD的像元结构对输入图像和功率谱的抽样,以及抽样对光电混合联合变换相关器(JTC)性能的影响;推导出了光电混合JTC中,SLM、面阵CCD、傅里叶变换透镜、输入图像等各结构参数之间应满足的关系。根据推导出的关系公式,结合实验所用透镜、SLM、CCD的各项参数,选择不同的图像间距,对联合变换相关识别过程进行了模拟验证。输入大小都为32×32像素的参考图像和目标图像,当两者间距大于64像素且小于374像素时,可以得到理想的识别效果;间距小于64像素时,同级输出光场的自相关和互相关信号不能完全分离;间距大于374象素时,相邻两级互相关信号交叠错位;当间距大到超过405像素时,无法进行相关识别。模拟结果与理论推导一致。这些关系对JTC的设计及应用有重要意义。
关键词：光学图像相关识别;联合变换相关器;空间光调制器

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发布时间：2020-08-12
英语科技文体中名词作代称特点剖析
于和平,黄峻峰
2005, 13(3): 385-386.

摘要：提出了一种基于强化学习技术的数字X光乳腺图象自动分割方法。该方法由分割模块和学习模块组成:分割模块利用区域生长算法并结合平滑滤波和形态学滤波分割乳腺图象;学习模块将分割结果作为反馈,利用强化学习技术自动学习不同图象特征的最优分割参数。该方法通过训练可以适应于各种类型的数字X光乳腺图象,从而不必对不同类型乳腺图象进行繁琐易错的手工参数调整。定量实验结果表明,该方法对几类数字X光乳腺图象有很好的分割精度。与以前提出的方法相比,该方法对不同类型乳腺图象具有更好的适应性。
关键词：自适应图象分割;数字X光乳腺图象;强化学习

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发布时间：2020-08-12

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