气体冷却激光二极管抽运的固体激光放大模块设计及热管理研究
摘要：激光二极管抽运的固体激光器（DPSSL）成为实现下一代激光器驱动装置对能量转换效率和重复频率要求的重要途径。高重复频率导致介质内存在热积累,引起热光效应、弹光效应和形变,导致波前畸变的产生,影响光束质量。针对目标输出能量100J,重复频率10Hz的放大模块,分析其储能提取效率和增益性能,采用气体冷却技术,设计激光二极管抽运的片状放大模块结构。利用有限元数值分析方法,建立了该装置单片放大器热分析模型,研究了单片增益介质厚度、对流换热系数对波前畸变的影响,结合波前畸变的要求,得到了单片厚度的最优值,并对该设计进行热分析,利用超高斯光束近似抽运光源,结合氦气气流分布情况,模拟单片介质的温度、形变和应力分布,计算得到了热光效应、形变和弹光效应对波前畸变的贡献以及单片增益介质的总波前。基于泊松过程的半导体激光器空间辐射效应研究
摘要：针对始终处于加电状态工作模式的半导体激光器,通过分析单个粒子对器件的辐射过程,将空间辐射效应离散的描述为所有单粒子造成辐射效应的累积。考虑到粒子到达服从泊松过程的特点,建立了半导体激光器空间辐射效应性能退化模型。推导了器件可靠度函数以及平均故障前时间的表达式。对InGaAs多量子阱激光二极管在高轨空间辐射环境中的性能退化过程进行了仿真,得到了器件的光功率退化曲线。结果表明光功率退化量与辐射时间近似成正比例关系。由此提出了同时考虑辐射与退火效应条件下,器件的光功率退化速率,通过拟合得出该速率与空间辐射平均剂量率成正比。获得了半导体激光器的可靠度曲线,进而计算了器件的平均故障前时间。激光陀螺合光装配中信号的稳健高斯滤波方法
摘要：为了对激光陀螺合光装配中的信号进行去噪处理,并有效抑制残差污染,提出了基于高斯滤波的稳健估计算法。根据合光装配中信号的特点,采用IGGIII和eHuber两种稳健高斯滤波方法与传统高斯滤波方法进行对比分析,并利用迭代算法进行求解,得到其残差占比、残差平均值、残差均方根、信噪比四个指标参数。实验结果表明,IGGIII稳健高斯滤波方法更能够提高高斯滤波的稳健性能,有效滤除了激光陀螺合光装配中信号的误差,使得滤波后的信号最接近真实信号,验证了稳健高斯滤波方法的有效性。三主锤部分相干加速光束的产生及其光学特性研究
摘要：利用部分相干光源,通过空间光调制器加载相位图,产生了具有3个加速主锤的部分相干加速光束。数值模拟和实验结果表明,相位掩膜板控制参数β和傅里叶变换透镜焦距f是影响主锤加速度的主要因素,并给出了二者对加速度影响的定量关系。研究结果为今后不同的科学研究需要整形出具有不同加速轨迹的三角主锤加速光束提供了依据。LD抽运Cr^4＋：YAG被动调Q内腔式PbWO4锁模拉曼激光器实验研究
摘要：采用激光二极管（LD）抽运Cr^4＋：YAG被动调Q内腔式PbWO4锁模拉曼激光器获得了稳定的、调制深度为100%的调Q锁模拉曼脉冲。抽运功率为6.3W时,获得的锁模拉曼激光输出功率为582mW,抽运光到一阶斯托克斯光的转换效率为9.24%,斜效率为10.6%,调Q脉冲重复频率为41.3kHz,脉宽为6ns,锁模脉冲重复频率为1.1GHz,锁模脉冲宽度小于207ps。NiTiNb激光焊接接头退火前后的显微组织和力学性能分析
摘要：采用Nd：YAG脉冲激光焊机实现了200μm厚的NiTiNb形状记忆合金的激光焊接。焊接接头在850℃进行了退火处理。借助于光学显微镜、扫描电镜、精密拉伸机对接头的显微组织和力学性能进行了分析。结果表明,未热处理焊接接头的显微组织存在分层现象。熔合区的晶粒外延生长,焊缝中心为细小的等轴晶。焊接接头的抗拉强度为母材的90%。焊接接头断口韧窝小而浅,表现为延性断裂。热处理后焊缝的等轴晶消失,粗晶区和偏析区交替分布。母材和焊接接头都出现了应力诱发马氏体现象,表现为伪弹性。焊接接头的屈服强度仅为母材屈服强度的60%,母材和焊接接头的显微硬度低于热处理前的显微硬度。送丝速度对镀锌钢激光钎焊接头性能影响研究
摘要：激光钎焊过程中有很多影响焊接接头质量的因素,如激光功率,焊接速度,离焦量等,主要研究了送丝速度对焊接接头力学性能的影响。实验结果显示：焊接接头中有Fe-Si（Cu）弥散相的析出,这些析出相呈现颗粒状,小岛状或者花瓣状分布。当送丝速度达到2.0m/min时,弥散相的分布最为密集,焊接接头的力学性能最好,并高于母材,在母材处发生断裂;当送丝速度为1.7m/min和2.3m/min时,Fe-Si（Cu）相只是零星的分布在焊接接头内,接头力学性能比母材差,拉伸实验断裂在焊缝处,断裂方式属于韧性-塑性型。H13钢表面激光原位自生TiC颗粒增强复合涂层的微观结构和摩擦磨损性能
摘要：利用6kW横流CO2激光器在H13钢基材表面原位合成了以TiC颗粒为增强相的复合熔覆层。借助X射线衍射（XRD）和能谱仪（EDS）分析了涂层的物相组成,结合光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）观察了涂层的微观组织,运用显微硬度仪和摩擦磨损试验机测试了涂层的硬度和摩擦磨损性能。结果表明,当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为2.44：1时,熔覆层的主要物相为碳化物TiC、Cr7C3和Fe-Cr固溶体。随着预置层中Ti含量的减少,即当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为2：1时,熔覆层中Cr7C3相增多,而当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为2：2.33时,熔覆层中则出现（Cr,Fe）7C3相。SEM和EDS分析显示,TiC增强相随激光功率密度的增大由球状向薄层状转变。当预置层中Ti与Cr3C2物质的量比为2：2.33,激光功率密度为24.38kW·cm^-2时,涂层表面宏观质量良好,无气孔裂纹缺陷,涂层截面平均显微硬度达到931.9HV0.2,约为基材的2.21倍,最低磨损失重仅为基材的27.2%。激光熔覆生物陶瓷涂层物相分析
摘要：用激光熔覆技术在预涂敷于钛合金（TC4）表面的CaCO3和CaHPO4·2H2O以及Ti粉经两次激光熔覆及适当热处理制备了生物陶瓷涂层。通过X射线衍射（XRD）分析可得：过渡层涂层成分主要为CaTiO3,未热处理的陶瓷层成分主要为磷酸四钙（TTCP）,热处理陶瓷层涂层主要物相为羟基磷灰石（HA）。研究工艺参数、热处理以及混合粉末配比对涂层物相组成的影响研究可知：工艺参数激光功率对涂层物相的影响大于扫描速度;800℃热处理4h并随炉冷却可以有效提高涂层HA含量;Ca/P2.00配比的混合粉末所制备的涂层HA含量最高。热丝填充激光焊接光斑直径与对接间隙裕度研究
摘要：装配间隙是影响国际热核聚变实验反应堆（ITER）校正场线圈盒激光封焊质量的重要因素之一。采用热丝填充激光焊接,在离焦量分别为＋5、＋10、＋16mm的情况下对5mm厚核聚变用钢316LN在不同对接间隙条件下进行光斑直径与对接间隙裕度的研究。焊后进行了焊缝表面、截面形貌的分析,同时进行了金相组织、接头拉伸强度、显微硬度测试及断面电镜与成分分析。结果表明,在热丝填充激光焊接中,光斑直径大小不仅可以与对接间隙量相当,还可以在小于对接间隙量0.1～0.2mm的情况下,得到表面成形较好且抗拉强度值较高的焊缝,当光斑直径小于对接间隙量达到0.3mm时,焊缝表面成形变差且抗拉强度值下降。5083铝合金光纤激光填丝焊接工艺
摘要：5083铝合金广泛应用于船舶、高速列车等制造领域。为了解决激光焊接对这类合金存在的凹陷和咬边问题,采用5087焊丝作为填充材料,对4mm厚的5083铝合金进行光纤激光焊接试验,分析了影响焊缝成形的主要因素,并对接头的组织、力学性能及断口特征进行了评价。研究结果表明：与自熔焊相比,填丝焊工艺参数为功率6kW,焊接速度7.5m/min,送丝速度4.5m/min,光丝间距1.0mm时能够消除焊缝表面的凹陷及咬边缺陷,获得成形饱满,组织细小的焊缝。填丝焊接头抗拉强度平均值为304MPa,约为母材的88%,比自熔焊提高了6.17%左右;延伸率平均为5.43%,比自熔焊提高了52%。拉伸后断于焊缝,断口呈现典型的韧性断裂特征。2060铝锂合金光纤激光填丝焊接工艺研究
摘要：2060-T8铝锂合金是具有低密度、高比强度,及良好低温性能的新型轻量化航空材料。采用光纤激光器并填充5087（Al-Mg-Zr）焊丝焊接2mm厚2060-T8铝锂合金,研究了工艺参数对焊接接头热裂纹敏感性的影响,分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明,结晶裂纹敏感性随激光功率和焊接速度的增加而增加,随送丝速度的增加而降低。在激光功率为3kW、焊接速度和送丝速度为3m/min的工艺参数下接头成形良好,无焊接裂纹,焊接接头的平均抗拉强度为309MPa,断裂发生在焊缝区。同焊缝上部及下部相比,焊缝腰部熔合线附近细晶区等轴晶数量较多且柱状晶明显细化,这与熔池流动机制与边界层厚度有关。飞秒激光工艺参数对加工TiC陶瓷微孔的影响
摘要：用不同能量密度的飞秒激光在不同辅助气压下对TiC陶瓷进行微孔加工,采用扫描电子显微镜（SEM）、微米X射线三维成像仪（Micro-CT）和X射线光电子能谱（XPS）对微孔的形貌和化学键进行了研究。结果表明,在不同能量密度下,微孔入口圆度均不小于99%,微孔出口圆度随能量密度的增加而增大,随后趋于稳定,最大出口圆度为95%。微孔锥度随辅助气压增大而增大,当能量密度为0.51J/mm^2、辅助气压为0.3MPa时,微孔锥度最佳,其长轴锥度为-0.13°,短轴锥度为0.77°。激光加工过程中,C-C键、Ti-C键断裂,在微孔附近形成包含金属Ti、Ti2O3和TiO2等物质的残渣。最后对激光与材料的作用机制进行了探讨。镀锌钢板搭接光纤激光焊接中搭接间隙的研究
摘要：研究镀锌钢板搭接激光焊接技术对汽车工业激光焊接具有重要意义。研究了搭接间隙对光纤激光焊接镀锌钢板焊缝成形和接头机械性能的影响,分析了预留间隙法解决镀锌钢板搭接激光焊中高压锌蒸气对焊缝的不良影响的机理,通过实验研究了激光功率和搭接间隙的工艺参数范围。研究结果表明,对于1.35mm板厚的HC260LAD＋Z 100MB镀锌钢板搭接激光焊,间隙大于0.1mm时,可以很好地抑制锌蒸气造成的焊接缺陷;间隙约为0.15mm时,焊缝熔深达到最大值;4kW激光功率对间隙的容忍度较大,对于0.05～0.2mm板间间隙都可以得到良好的焊缝。二维激光连续切割移动材料路径算法及约束
摘要：提出了一种逐行获取信息的阅读文档（RW）模型,并利用该模型等效并推导出二维激光在二维空间定尺切割移动材料的路径关系。根据分析的路径和延迟的阶跃函数确定半连续、连续恒速、连续变速切割的路径算法。在理想情况下,只要设定好光刀均匀一致切割速度νy、光刀在二维空间最大偏离坐标（x0,y0）、切割材料的最小尺寸LMIN,就可以根据切割路径适当调节辅助切割过程中光刀移动速度ν0和被切割体进给速度νx,实现对运动材料的连续切割,并且通过Pro/E运动仿真模拟和单位时间切割效率验证,所提出的G（t）符合恒速体连续切割路径算法,且满足约束限制下,一个周期内可实现两段材料的连续剪切。TiAl合金激光冲击强化工艺探索及强化机制研究
摘要：主要研究航空常用材料TiAl合金激光冲击强化效果,当激光诱导产生的冲击波大于TiAl合金的动态屈服强度时,材料表面发生塑性变形,并引入大量的位错等晶体缺陷,从而达到表面强化的目的。通过调整激光冲击的次数和激光的能量等因素,得到不同工艺参数下TiAl合金的显微硬度和表面粗糙度。对其微观结构进行透射电镜观察,并与未进行冲击的试样进行对比分析,可以看出激光冲击强化可以有效地提高受冲击表面的位错密度,当位错运动受阻形成位错线的塞积,导致位错缠结;位错受到晶界的阻碍在晶界堆积,形成位错墙,位错墙与位错缠结最终导致亚晶界的形成,为后期晶粒细化做准备,通过分析激光冲击强化机制,揭示了位错密度是材料表面力学性能提高的本质。17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6合金涂层高周疲劳行为研究
摘要：利用半导体激光器在汽轮机末级叶片材料17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6合金涂层,然后分别制备17-4PH不锈钢、17-4PH不锈钢表面激光熔覆和17-4PH不锈钢表面激光熔覆后经550℃×6h热处理的疲劳试样,进行高周拉压疲劳试验,并对疲劳断口进行扫描电镜（SEM）分析。试验结果表明：在107循环周次条件下,基材17-4PH不锈钢的疲劳极限为470MPa,基材表面激光熔覆Stellite6合金涂层试样的疲劳极限下降到380MPa,而基材表面激光熔覆Stellite6合金涂层经过热处理后的试样可达到440MPa;基材17-4PH不锈钢的裂纹源通常位于表面、近表面或内部缺陷处,裂纹扩展区具有明显的疲劳辉纹特征,瞬断区为韧窝特征;而熔覆试样的裂纹源位于熔覆层侧的缺陷处或熔覆层与基体的界面结合处,然后向熔覆层和基体两侧扩展,熔覆层侧呈脆性沿晶断裂,基体呈韧性疲劳断裂。基于脉冲激光二极管的小型化光学分辨式光声显微成像系统
摘要：采用具有价格低、体积小、寿命长、重复率高等优点的脉冲激光二极管,搭建了一套光学分辨模式的小型化光声显微成像系统,并获得了碳纤维原丝和微血管网络样品的光声显微成像。实验中,脉冲激光二极管光源由三维平移台驱动做C型扫描逐点激发,产生的光声信号由1-3复合材料超宽带超声传感器接收。实验表明,接收的光声数据信噪比可达约11dB,该系统的横向分辨率在上一代系统样机500μm的基础上提高到1.5μm,有望发展成为一种低成本、实时、便携式的高分辨率光声显微成像技术。
