激光技术

当前目录

• 无源光纤环形谐振器内光场状态智能分类研究

  顾琰恺, 臧裕斌, 朱润徽, 王有为, 周瑞, 张祖兴

  为了解决无源光纤环形谐振器动力学仿真中传统数值方法计算效率低的问题，采用一种基于动态投票机制的混合机器学习模型，通过融合梯度提升决策树（GBDT）、支持向量机（SVM）和人工神经网络（ANN）实现谐振器内光场状态的快速准确分类。基于训练集分别训练GBDT、SVM和ANN模型，并通过动态加权投票，以多数表决或基于类别准确率的权重择优机制确定最终输出。结果表明，模型在噪声态、图灵态、混沌态、单孤子态和多孤子态的分类准确率分别达到77%、95%、97%、86%和85%；相比随机森林，后两类准确率提升超过12%，且计算效率较传统Lugiato-Lefever方程提升万倍以上。该方法不仅解决了传统数值方法的效率问题，还通过多模型协同优化实现了相比单一模型更稳健的分类性能，为智能算法替代复杂数值仿真、推动非线性光子学智能化发展提供了新思路。

• 基于分层超点自注意力模型的自动驾驶3维语义分割研究

  杜荣华, 李宗, 张金来, 尹潜, 段腾, 李康成, 刘文正, 高凯

  为了解决自动驾驶车辆语义分割时的物体边界划分模糊和全局语义混淆的问题，提出了一种基于分层超点自注意力模型的层级融合点云语义分割方法。其中边界轮廓增强模块通过多尺度卷积增强边界特征，双重注意力机制通过局部与全局建模超点特征的坐标差异和长依赖关系、层级融合机制融合邻近层超点细粒度特征和拓扑关系；在S3DIS、KITTI-360和DALES 3个大规模点云数据集进行了大量实验和可视化对比。结果表明，采用该方法在3个数据集上分别获得67.6%、61.7%和79.2%的高平均交并比，推理时间为1.8 s。该方法可显著提升点云分割精度并且具有良好的鲁棒性和推理效率，为车辆在多个驾驶场景下提供准确的语义信息，为后续高精地图定位等工作提供了重要的语义支撑。

• 碳化硅单晶衬底纳秒激光剥离切片的实验研究

  陈晓犇, 卿泽龙, 张屹

  碳化硅（SiC）作为第3代半导体材料，在高功率电子器件领域具有重要应用，但其高硬度和脆性导致传统线锯切片技术存在材料损耗大、效率低等问题。为了实现350 μm厚4H-SiC晶圆高质量、低应力的剥离切片，采用纳秒激光内部改质后再机械拉伸进行剥片分离。通过设计单因素实验，系统探究了脉冲能量、聚焦深度、扫描间隔及扫描方向对改质层及剥离质量的影响，并分析了改质机理。结果表明，纳秒激光内部改质SiC晶片的过程中发生了晶态向非晶态的相转变，并析出了非晶Si和非晶C；提高脉冲能量可增加能量密度，促进横向裂纹扩展，增大聚焦深度则会降低能量密度，从而抑制横向裂纹扩展；沿1 ?1 0 0晶向扫描获得的剥离面粗糙度小于5 μm，单边材料损耗小于40 μm，且拉伸力小于2.4 MPa，显著优于1 1 ?2 0晶向。本研究为SiC晶圆高效高质切割提供了工艺优化依据，可推动激光剥离技术在新兴半导体材料加工中的应用。

• 基于增益动态噪声演变的掺铒光纤放大器的参数优化

  刘思吟, 段良友, 何幸锴, 沈琪皓, 刘贞, 蒋哲, 周鼎富

  为了抑制主振荡功率放大（MOPA）系统中信号的光噪声，运用增益动力学理论，通过实验研究了1550 nm单频掺铒光纤放大器中的输入信号光功率和抽运光功率对输入信号光噪声传递特性的影响，并进一步分析验证了光纤放大器的相对强度噪声（RIN）特性。结果表明，在残余抽运光功率和放大自发辐射强度很低的情况下，输入信号光强度噪声传递抑制比与放大增益成正比，可以在输出功率提高的同时又明显抑制输入信号光的强度噪声传递；通过优化输入信号光和抽运光的功率，抑制了输出激光10 kHz以内的RIN，其中在频率为1 Hz～200 Hz时，优化输入信号光功率实现了6.0 dB的抑制，在1 Hz～250 Hz时，优化抽运光功率实现了10.5 dB的抑制。此研究为光纤MOPA系统的参数优化及噪声抑制提供参考。

• 光纤中高阶LP模式的激励及光捕获应用

  汪凯伟, 王婉玲, 李承高, 张波, 刘子龙

  为了丰富单光纤光镊的光操控能力，采用空间光调制器激励技术，灵活且动态地生成高阶线偏振（LP）模式，并应用到光捕获中。对光纤中LP模式的光场、相位和偏振分布进行了理论分析，搭建光路开展实验验证，所激励的模式稳定且纯净度高， LP01、LP11和LP21模式平均耦合效率分别为94%、41%和30%；在此基础上，通过研磨锥型光纤探针进行了光捕获实验。结果表明，LP21模式最大捕获效率为3.6 pN/W，高阶LP模式可以很好地捕获和操控二氧化硅粒子。该研究的激励手段简便且高效，有望为单光纤光镊赋予更为多元、强大的光捕获效能。

• 双光束失准光阱芯片中被捕获细胞的表面3维成像

  刘鑫宇, 吕东博, 陈奥樨, 陈鑫麟, 熊威, 韩翔, 肖光宗, 罗晖

  为了实现生物细胞表面3维成像技术的芯片化，采用双光束失准光阱旋转细胞的方法进行了实验验证；制备了光纤端面间距为150 μm、横向失准距离为7 μm的双光束失准光阱芯片，分析了耦合损耗随失准距离的变化情况。结果表明，制备的双光束失准光阱芯片可实现单个酵母菌细胞的捕获和自转，且其自转轴垂直于观察方向，通过观察设备提取不同时刻下酵母菌细胞的边缘轮廓，结合图像处理技术和表面重建算法，可对细胞表面进行建模分析和形态重建，实现对酵母菌细胞的表面3维成像。此研究提出了一种体积小、结构简单、成本低的细胞表面3维成像技术，为病理学、细胞生物学等领域的研究和细胞表面3维成像设备的集成化发展提供了参考。

• 基于分布反馈光纤激光器的局部放电检测研究

  闵志, 初凤红, 卞正兰, 胡安铎, 吕桂贤

  为了预防电力设备绝缘故障产生局部放电造成电力安全问题，搭建典型局部放电模型和复杂局部放电模型，对每个模型加载不同强度的工频电压使其产生放电，利用分布反馈光纤激光器（DFB-FL）采集模型放电时产生的振动信号，通过振动检测系统对局部放电引起的振动信号进行了处理分析，并采用长短期记忆支持向量机复合分类器（LSC-Classifier）算法对局部放电进行了模式识别。结果表明，典型放电模型识别准确率相较于支持向量机和长短期记忆网络分别提高了7.00%和2.00%，复杂放电模型识别准确率分别提高了18.00%和10.00%。此研究结果验证了使用DFB-FL对各类局部放电检测的有效性和LSC-Classifier算法对局放模式识别的准确性。

• 激光熔覆原位生成Ti(C, N)增强梯度涂层的组织与性能

  齐勇田, 廖宝毅, 陈瀚, 邹增大

  为了探究梯度涂层其品质与结构间的关联性，利用激光技术在金属基体表面制备出原位自生Ti(C, N)陶瓷相强化的梯度复合涂层，借助显微结构表征手段和显微硬度计，对梯度涂层的组织成分和性能进行了分析与研究。结果表明，涂层各层界面间均呈现出良好的冶金结合状态；铁基复合熔覆层的显微组织呈现α-Fe基体中弥散分布着原位合成的Ti(C, N)强化相，其基体结构以胞状树枝晶为主；Ti(C, N)粒子形态多呈尺寸不等的菱形、圆形或其它不规则形状，较均匀弥散分布溶入到熔覆层的基体中；原位新生成的Ti(C, N)陶瓷颗粒使熔覆层的显微硬度得到显著提升；硬度测试显示涂层呈梯度分布，铁基工作层平均硬度达 880 HV0.2，过渡层约 635 HV0.2，基体热影响区约 550 HV0.2。本研究对拓展激光熔覆技术在表面改性领域的工业应用有一定指导作用。

• 固液相变储能技术在激光器热管理中的应用现状

  李肇冰, 田立君, 张恩华, 凌元淮, 王志海, 李彬, 贺也洹, 叶大华

  固液相变储能技术因具有高储能密度、等温相变等特点，满足激光器短时、高功率散热需求。归纳了固液相变储能技术在激光器散热研究中的关键问题；总结了适用于激光器温区的固液相变材料、导热强化技术以及低功率器件级和高功率系统级激光器热管理领域内固液相变储能技术的研究现状；讨论了不同散热功率等级下固液相变储能技术的传热结构特点、系统流程设计及传热过程机理。在此基础上，对固液相变储能技术在激光器热管理领域的研究前景进行了展望。

• 基于大气湍流闪烁互相关法的横风探测技术研究

  马金有, 王云石, 代宗仁, 赵培娥, 史悦, 马明, 廖斌, 周鼎富

  为了实现对路径横风的直接探测，利用湍流相位屏和波动光学模型对基于闪烁互相关法的横风探测进行了仿真，在此基础上搭建了双通道激光横风探测系统，采用频谱能量提取和零均值归一化互相关算法对数据进行了处理。结果表明，往返路径下闪烁互相关方法可以有效地提取横风风速，处理结果与相干多普勒测风激光雷达采集的参考值之间存在正相关性，相关系数为0.865，决定系数R?=0.688。研究结果验证了该系统对路径平均横风探测的有效性，为后续横风探测的实验优化和数据处理提供了参考。