激光技术杂志

激光技术杂志2026年第1期

• 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。

• 激光冲击次数对GH625高温合金表面完整性的影响

  项建云, 陆大兴, 张文鑫, 葛茂忠

  为了改善高温合金GH625表面完整性，采用激光冲击强化（LSP）工艺，开展了不同次数冲击高温合金GH625表面改性的实验研究与理论分析。结果表明，多次冲击驱动GH625高温合金表层晶粒明显细化，相较于未冲击GH625合金，1次、3次和5次冲击GH625合金表层平均晶粒尺寸分别减小了44.8%、56.9%和62.1%；与未冲击GH625合金相比，1次、3次和5次冲击GH625的表面粗糙度值分别增加了97.8%、184.8%和273.9%，表面显微硬度分别增加了25.4%、31.1%和33.7%，磨损率分别减小了6.9%、29.9%和68.4%；伴随冲击次数的增加，激光冲击表面的最大残余压应力由–352.5 MPa 增至– 490.5 MPa，影响层由0.6 mm增至1.4 mm；多次冲击并未改变GH625合金的物相组成，但衍射峰半峰全宽会伴随冲击次数的增多而增大；多次冲击明显提升了GH625合金表面完整性。此研究为多次冲击工艺的优化和产业化应用提供了实验和理论基础。

• 基于无人机LiDAR和改进Otsu算法的玉米地边界识别方法研究

  王果, 王成, 薛帅栋, 林鑫林, 文栋

  为了高效、自动化地获取大田玉米地边界范围，利用无人机激光雷达（LiDAR）获取高密度点云，经过点云滤波和高程归一化，对最大类间方差（Otsu）算法进行改进，并结合形态学开运算和闭运算以及Canny算子进行检测，采用一种基于无人机LiDAR和改进的Otsu算法对大田环境下的玉米地边界进行识别，选取一个果园研究区域开展了试验验证。结果表明，基于无人机LiDAR和改进的Otsu算法能迭代出最优的玉米地识别阈值，经边缘检测后可识别出大田环境下玉米地边界，通过试验区的正射影像图取样验证，该方法对大田玉米地边界识别精确，验证了其有效性。该研究在大田玉米地边界识别、作物估产以及智慧农业研究领域具有良好的工程应用参考价值。

• 参考特征自动选取的3-D DIC相机自运动补偿的研究

  刘梦莲, 王宪, 钟泽浩, 肖逸松

  由于背景中存在运动特征干扰，传统的运动补偿方法因参考特征点的不恰当选择而导致补偿效果不佳。为了提高数字图像相关技术（DIC）在相机自运动干扰下的位移测量精度，采用了基于参考特征自动选取与深度信息约束的相机自运动补偿方法。首先通过对时序差分图像进行网格化分割，实现场景静止区域与运动干扰区域的鲁棒分离；然后在静止区域内筛选特征点，剔除显著运动的特征点；最后结合特征点的深度信息，进一步优化用于估计相机自运动模型的特征点集，提高相机自运动补偿的准确性和鲁棒性。结果表明，和不筛选特征点的相机自运动补偿方法相比，本文中方法在相机自运动补偿后的位移测量均方根误差降低了79.2%，能更好地抑制相机自运动对DIC测量精度的干扰。该研究对3-D DIC技术在复杂环境下的应用是有帮助的。

• 基于ResAtt-UNet框架的散斑干涉相位解包裹算法

  张鸿昊, 王慧青, 余厚云

  为了克服传统相位解包裹方法在噪声鲁棒性、计算效率及不连续区域适应性方面的局限性，设计了结合残差结构、注意力机制和特征金字塔等模块的U型网络框架（ResAtt-UNet）的散斑干涉相位解包裹算法。通过模拟数据集对算法进行训练，并基于仿真数据进行了模拟测试。结果表明，该算法的均方根误差均值为0.0837，结构相似度均值为0.9996；计算得到的最大相对变形值为3.3800 ?m，与真实值接近；解包裹效果更清晰平滑，受背景噪声的影响相对较小，展现出良好的鲁棒性和泛化能力。ResAtt-Unet算法显著提升了噪声环境下相位解包裹的精度和效率，为动态形变测量提供了可靠解决方案。

• 激光加工显示面板玻璃研究综述

  张德康, 刘瑶, 孔华野, 李家豪

  随着信息时代的进步，显示面板玻璃作为当代电子产品的关键组成部分，其制造技术的革新对于行业的进步极为关键。聚焦于激光加工技术在显示面板玻璃制造中的应用，探讨了包括烧蚀、熔融、热裂、隐形切割和复合加工在内的多种激光技术的机制、优点及挑战；通过分析实验研究和应用实例，揭示了激光加工在实现高精度、高效率及复杂结构制造方面的能力，以及现有技术在热影响区域控制、切割路径精确度和复杂形状高质量加工等方面的局限性；并指出未来研究会聚焦于激光技术与机械加工、化学蚀刻、电化学放电等技术的集成应用，技术融合有望成为研究的关键方向。

• 激光清洗预处理对3Cr13-9Cr18MoV焊接接头显微组织与力学性能的影响

  李冰洁, 王瑞超, 韩善果, 马腾, 邓梓坤

  为了研究激光清洗工艺参数对3Cr13-9Cr18MoV马氏体不锈钢试样表面形貌及后续激光焊接焊缝质量的影响，采用正交试验法确定最佳激光清洗参数，通过硬度、抗拉强度及显微组织对焊接接头进行了深入分析。结果表明，工艺参数过高或过低会导致基体损伤或清洗效果不佳，其中移动速率对焊缝硬度影响最大，激光功率对抗拉强度影响最大；确定最佳激光清洗参数为激光功率150 W、脉冲频率5 kHz、扫描频率80 Hz、移动速率10 mm/s；经激光清洗后，3Cr13热影响区范围由98.7 μm缩小至61.1 μm，焊缝组织明显细化；激光清洗预处理后，焊缝中气孔和裂纹消除，焊缝组织显著细化，激光对接焊接头的硬度提高了4.8%，抗拉强度提高了47%。该研究为马氏体不锈钢激光清洗后焊接提供了一定的参考。

• 基于YOLOv10的钛合金表面缺陷检测轻量化算法研究

  王铭振, 赵扬, 黄玉峰, 赵刚, 杨平华, 单柏荣

  钛合金表面缺陷检测是保证钛合金产品生产和使用安全的一项重要任务，但是现有检测手段检测效率低，难以部署在终端设备。为了克服现有技术的不足，采用了一种基于YOLOv10n轻量化改进的Titanium-YOLO钛合金表面缺陷检测算法。在主干网络部分采用DualConv替代部分卷积，将C2f-DualConv模块替代传统C2f模块，减小了模型参数量和计算量；采用SlimNeck结构轻量化改进颈网络，提升网络性能的同时降低了模型计算量；采用轻量化检测头litehead替代传统v10Detect，在保证检测精度基本不变的前提下，降低了模型参数量和计算量。结果表明，Titanium-YOLO算法在自主构建钛合金数据集中的平均精度为99.0%，较基准模型提升了2.4%；参数量和计算量分别为2.6×106和7.3×109，较基准模型分别降低了3.7%和13.1%，优于其他实验对比算法。该算法具有高精度和低成本，方便部署在终端设备上，具有较好的工程应用价值。

• 基于GA-BP神经网络的12Cr1MoV晶粒尺寸激光超声识别研究

  王钳华, 严祯荣, 王化南, 霍元明, 安壮壮, 陈乐, 李森林

  为了解决高温高压服役条件下12Cr1MoV主蒸汽管道表面微损伤的非接触式识别技术难题，通过固溶加热法，获得了模拟长期服役主蒸汽管道表面晶粒胀粗的试样，采用一种激光超声表面波特征参数表征晶粒尺寸的方法，建立了激光超声波声速及衰减系数的表面晶粒尺寸表征模型，这两种模型的预测相对误差与决定系数R2分别为2.2%、0.81和22.4%、0.91；再结合遗传算法优化的反向传播神经网络，建立了以超声声速和衰减系数作为输入特征、表面晶粒尺寸作为输出特征的参数表征模型。结果表明，该模型的预测误差和决定系数R2分别为4.5%、0.99，提高了声速法中输入与输出特征关联的显著性，降低了衰减法的预测误差，验证了遗传算法优化的反向传播神经网络识别在晶粒尺寸表征中的优势。该研究为高温高压环境下主蒸汽母管表面组织损伤的在线监测提供了技术支撑。