焊接缺陷磁光成像三维轮廓重构识别

对焊件表面及亚表面缺陷进行无损检测是保证焊接产品质量的关键.提出了一种基于法拉第磁致旋光效应的磁光成像焊接缺陷三维重构方法,实现焊接缺陷形状和大小的识别.基于磁光成像原理分析漏磁场磁感应强度与磁光成像的对应关系,以脉冲激光焊接凹坑(3 mm×0.3 mm×0.25 mm)为研究对象,建立焊接凹坑缺陷三维有限元磁场仿真模...     

基于锁相技术和磁光调制的旋光角度检测

根据法拉第磁光效应和锁相基本原理,研究了经磁光调制后的偏振光通过旋光物质后的偏转情况,分析了透射光信号中的与调制频率相同的基频信号和二倍于调制频率的倍频信号。通过对基频幅值和倍频幅值进行比较,提出了一种测量旋光角度的计算方法,根据旋光角和磁偏角两者之间的关系,提出了一种用标准石英管来标定法拉第磁光效应中磁偏角大小的方法,并对其进行了实验研究,证明了这种测量方法的可行性。     

光纤电流传感Sagnac环的研究

应用琼期短阵分析了光纤线性双折射和耦合器的偏振性对光纤Sagnac环的影响，列举了两种不同的电流传感方案，指出相位微分调制式系统与光纤的线性双折射无关，但与耦合器的偏振性有关，而法拉第旋光效应式系统受光纤的线性双折射的影响比较严重，但使Sagnac环两输入端的本地坐标系相垂直可极大地降低光纤线性双折射影响。     

新型旋光仪测量原理的研究

在对传统旋光仪旋光度测量原理分析的基础上提出了一种新的测量原理。利用该测量原理可以省略传统旋光仪中的机械部分。该原理充分运用光电检测技术和法拉第磁光效应,利用光电池检测经过法拉第线圈和待测溶液后的线偏振光,并将此信号与驱动法拉第线圈信号的相位进行比较,从而实现对旋光物质旋光度的测量。通过旋转起偏器实验模拟了该方法的可行性。     

基于磁致旋光效应的光电装备隐身技术

针对目前激光主动探测技术对军队光电装备造成的探测威胁,在不改变光电装备光学结构以及有限牺牲光电装备光学性能的前提下,实现其猫眼光学窗口的"隐身"。首先,基于磁致旋光晶体的法拉第效应,设计了加载于光电装备光学窗口前端的隐身装置。然后通过数值仿真和实验方法,从磁光晶体的性能、隐身装置消光比、隐身装置对像质的影响三个方面对该设计的可行性进行了分析。仿真及其实验结果表明:当磁光晶体能实现良好的消光效果,且加装隐身装置的光学窗口对像质影响很小。基于磁致旋光效应的隐身设计能够满足战场环境对军用装备的性能要求,且其消光比和对像质的影响程度能使光电装备在不影响正常工作的前提下有效实现隐身。     

基于偏振分束的磁光成像技术研究

针对现有磁光成像技术的测量结果难以量化且受光源波动影响较大的问题,提出了一种基于偏振分束的磁光成像新方法.根据偏振光的琼斯矢量描述方法推导出偏振分束法测量旋光角度的模型,并由此模型分析得出,从旋光物质出射的偏振光经偏振分束装置后输出的平行分量和垂直分量进行“差除和”的结果与入射光强无关,只和旋光角度值相关;由此原理,设计了基于CCD的检测平台,对旋光角度场进行了测量实验,又采用归一化互相关和“差除和”算法对测量图像进行了处理;最后,进行了基于该方法的磁光成像应用实验研究.实验结果表明,与传统磁场成像方法相比,该方法操作简单,结果易于量化,不受光强波动影响,误差降低约3倍,且稳定性较好.     

方波磁光调制测量在航天器对接中的应用

为了精确测量航天器对接过程中最终逼近段航天器间的滚转角,设计了基于方波磁光调制的滚转角测量系统。利用法拉第磁致旋光效应并结合马吕斯定律,建立了方波磁光调制后输出信号的模型;通过分析输出信号的特点,推导了输出信号与滚转角之间的关系方程;利用滚转角变化过程中输出信号的增减性组合去除了方程的增根,最终得到了基于方波磁光调制的滚转角测量模型。仿真结果表明:文中提出的方法理论测量精度高,可测量-90～90°间的滚转角,优于传统方法。此外,利用方波信号调制具有数据采集简单、信号处理难度低等优势,是实现高精度大范围测量航天器间滚转角的一种新方案。     

Application of square wave magneto-optic modulation to spacecraft docking

为了精确测量航天器对接过程中最终逼近段航天器间的滚转角,设计了基于方波磁光调制的滚转角测量系统.利用法拉第磁致旋光效应并结合马吕斯定律,建立了方波磁光调制后输出信号的模型;通过分析输出信号的特点,推导了输出信号与滚转角之间的关系方程;利用滚转角变化过程中输出信号的增减性组合去除了方程的增根,最终得到了基于方波磁光调制的滚转角测量模型.仿真结果表明:文中提出的方法理论测量精度高,可测量-90～90°间的滚转角,优于传统方法.此外,利用方波信号调制具有数据采集简单、信号处理难度低等优势,是实现高精度大范围测量航天器间滚转角的一种新方案.     

基于法拉第调制的线偏振光旋转角检测技术

分析了基于法拉第调制的线偏振光旋转角检测技术的基本原理,证明输出信号基频分量的振幅与偏振面旋转角θ成正比,仿真发现基频分量远小于零频和二倍频分量,需采用锁相放大技术进行基频信号提取。实验采用ZF7玻璃和TG28晶体作为旋光介质,分别制作了标准旋转角产生装置和偏振面调制装置,并结合锁相放大器搭建偏振光旋转角检测系统。实验结果证明,当法拉第调制频率为1.45kHz、调制幅度为0.035rad时,该方法可以实现6.3×10-8rad的微小偏转角检测。     

磁光调制法测量玻璃内应力

提出了一种基于磁光调制法测量玻璃内应力方向和大小的方法,并建立了基于磁光调制的内应力测量系统。首先,采用光线追迹的方法,根据偏振光的琼斯矩阵描述方式推导了系统的测量模型;采用磁光调制器,对信号光束进行正弦交变的磁光调制,将直接测量光强信号改为测量频率信号,提高了测量准确度;采用磁旋光器,消除了人为操作引起的误差,并通过控制旋光器外加线圈驱动电流的大小,改变调制信号光偏振方向的旋转角度;最后,对待测样品进行了多次旋转测量。测量结果显示,本方法对玻璃内应力方向的测量准确度为5″,对应力双折射的测量准确度为0.3nm/cm。得到的结果验证了该方法的有效性和稳定性,显示系统具有稳定性高、准确度高、容易实现工程化等特点。     

采用多层膜偏光器的EUV实验室Farady旋光测量装置

开发了用于实验室的ＥＵＶ（５０～７０ｅＶ）波段的Ｆａｒａｄａｙ 旋光测量装置。其中光源采用了激光等离子体光源。起偏器和检偏器均采用了入射角为准Ｂｒｅｗ ｓｔｅｒ角的反射式Ａｌ／ＹＢ６多层膜。利用４ 块Ｓｍ －Ｃｏ 永久磁铁在被测样品处生成了０．８２Ｔ的磁场。对强磁材料Ｎｉ的Ｍ２,３吸收端进行了Ｆａｒａｄａｙ 旋光测量,测量结果在６５．３ｅＶ处为－ ２．７°／２１ｎｍ 。该结果与我们在同步辐射光源上测量的结果相符合。这是ＥＵＶ 波段首次利用激光等离子体光源成功进行的磁光效应测量实验。     

Interaction between Faraday rotation and Cotton-Mouton effects in polarimetry modeling for NSTX

The evolution of electromagnetic wave polarization is modeled for propagation in the major radial direction in the National Spherical Torus Experiment with retroreflection from the center stack of the vacuum vessel. This modeling illustrates that the Cotton-Mouton effect-elliptization due to the magnetic field perpendicular to the propagation direction-is shown to be strongly weighted to the high-field region of the plasma. An interaction between the Faraday rotation and Cotton-Mouton effects is also clearly identified. Elliptization occurs when the wave polarization direction is neither parallel nor perpendicular to the local transverse magnetic field. Since Faraday rotation modifies the polarization direction during propagation, it must also affect the resultant elliptization. The Cotton-Mouton effect also intrinsically results in rotation of the polarization direction, but this effect is less significant in the plasma conditions modeled. The interaction increases at longer wavelength and complicates interpretation of polarimetry measurements.     

光学法确定石英晶体的光学轴

为了确定位于石英晶体入射面内光学轴的位置,采用自然光沿石英晶面以一定的入射角斜入射,并根据自然光在石英晶体内的传播特性,测量出o光和e光出射光线间的垂直间距以及界面上两出射光点的间距,运用几何作图法,通过计算给出光学轴位于石英晶体入射面内的情况下的理论一般公式,且以实验得以验证,从而提供了一种可用光学法确定光轴位置的方法。     

光纤电流传感器传感头的结构与原理

光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新兴电力计量装置，它通过测量光波在通过磁光材料时其偏振面由于电流产生的磁场的作用而发生旋转的角度来确定被测电流的大小。传感头是光纤电流传感器最为重要和关键的部件。分析了全光纤型和混合型光纤电流传感器传感器传感头的结构和工作原理，对改进光纤电流传感器的设计，提高光纤电流传感器的性能具有重要的指导作用。     

Terrace retro-reflector array for poloidal polarimeter on ITER

A new concept of a terrace retro-reflector array (TERRA) as part of the poloidal polarimeter for ITER is proposed in this paper. TERRA reflects a laser light even from a high incident angle in the direction of the incident-light path, while a conventional retro-reflector array cannot. Besides, TERRA can be installed in a smaller space than a corner-cube retro-reflector. In an optical sense, TERRA is equivalent to a Littrow grating, the blaze angle of which varies, depending on the incident angle. The reflected light generates a bright and dark fringe, and the bright fringe is required to travel along the incident-light path to achieve the objects of laser-aided diagnostics. In order to investigate the propagation properties of laser light reflected by TERRA, we have developed a new diffraction formula. Conditions for the propagation of the bright fringe in the direction of the incident light have been obtained using the Littrow grating model and have been confirmed in a simulation applying the new diffraction formula. Finally, we have designed laser transmission optics using TERRA for the ITER poloidal polarimeter and have calculated the light propagation of the system. The optical design obtains a high transmission efficiency, with 88.6% of the incident power returned. These results demonstrate the feasibility of applying TERRA to the ITER poloidal polarimeter.     

磁光/涡流实时成像检测系统的研究

介绍了磁光/涡流成像检测系统的基本工作原理及组成,给出了初步的实验结果,并对试验结果进行了相应的图像处理,实现了对表面及亚表面细小缺陷的可视化无损检测,克服了传统的涡流检测方法中探头尺寸相对较小而检测面积大,检测工作要消耗大量时间且不易操作的缺点,并具有探测结果可视化且直观易懂;易于保存;检测难度低;检测前不需要清除油漆等表面覆盖层,只需要保证待检测表面具有较好的反射性能;可对亚表面以及表面缺陷进行实时成像检测等优点。试验结果进一步验证了系统的正确性和重要性。     

基于平板电脑和STM32的多波长自动旋光仪软件设计

旋光度是反映物质旋光性质的指标,通过测定旋光度,可分析物质的浓度、含量、纯度等。SGW-5多波长自动旋光仪利用平面偏振光和法拉弟磁光效应测量旋光物质在特定检测波长和温度下的旋光度。为了满足SGW-5的功能需要,采用了带WINCE嵌入式系统的平板电脑和STM32单片机相结合的硬件系统,并对该系统进行软件设计。该软件设计在几个方面有一定特点,达到了仪器的性能指标要求。     

The measurement of magneto-optical Kerr effect of ultrathin films in a pulsed magnetic field

A Kerr rotation measurement system in a pulsed magnetic field (up to 11 T) was built to study magnetic properties of several ultrathin films. Our result shows that the Kerr rotation angle increases with the increasing wavelength of the incident light, while the difference between the spectras of Fe and CoFeAl is attributed to plasma resonance. We also studied the dynamic properties of the magnetic films: while ferromagnetic materials (Fe, CoFeAl, MnAs and CoMnAl) show quasi-static behavior in the time-scale of a few 100 μs, diamagnetic material GaAs shows time-dependent hysteresis.     

Recent developments of the JET far-infrared interferometer-polarimeter diagnostic

The far-infrared diagnostic provides essential internal measurements of the plasma density and magnetic field topology (q-profile via Faraday rotation angle) in real-time. The diagnostic capabilities have recently been extended in a number of key areas. Fast interferometer data, with 10?μs time resolution, and a new MATLAB code have allowed improved analysis of the evolution of density profiles during fast events such as vertical plasma displacements, edge localized mode, pellet fuelling, and disruptions. Using the polarimeter measurements in real-time, a new calibration procedure has been developed based on a propagation code using the Mueller matrix formalism. A further major upgrade of the system is presently underway: adding a second color laser to the vertical channels and implementing a new phase counter based on analog zero crossing and field-programmable gate array boards.