基于光斑轮廓特征的激光光束质量简易评价方法
摘要：提出一种非实验室条件下激光光束质量的简易评价方法,通过检测激光光斑轮廓特征来评价激光光束质量。根据原理定义一组表征激光光束质量的参量,给出测量方案和算法。利用灯抽运Nd∶YAG电光调Q脉冲激光器测试了谐振腔镜倾斜和不同调Q状态两种失调态时激光器参量值的变化规律,结果显示参量值随着失调量增加而单调增大,当失调量较大时,可以用相邻两截面上参量差值的平均值来评价激光光束质量。研究结果表明,所提出的简易评价方法能够有效地评价激光器激光光束质量,测量过程仅需要光敏相纸、数码相机以及计算程序。对实验条件要求低,可用于非实验室条件下激光器工作状态的初步检测。激光热力效应对不同材料电化学刻蚀形貌的作用研究
摘要：在所构建的纳秒脉冲激光电化学复合加工（LECM）系统中,利用激光辐照和脉冲电化学复合加工的方法,在相同的工艺参数下,分别对304不锈钢、7075铝合金、1060纯铝等金属和脆性材料硅进行了加工试验。探讨了激光热力效应促进电化学加工的机理,并对不同金属材料的极化曲线进行了测量。通过扫描电子显微镜（SEM）对比分析了不同材料复合加工表面的微观形貌;并通过超景深三维显微镜对不同材料的加工深度、宽度与深宽比进行了分析。试验结果表明,在激光热力作用下,铝合金的电化学刻蚀质量和表面形貌较好,且可以加工出深宽比较大的微结构;脆性材料则存在微颗粒的冲击崩离。基于REC技术的可调谐DFB激光器阵列设计与测试
摘要：介绍了可调谐激光器的波长调谐范围从1310 nm到1319 nm的波长控制设计,并对其可行性进行了实验测试验证。此系统采用的激光芯片是基于重构-等效啁啾（REC）技术的分布反馈（DFB）激光阵列芯片,具体通过上位机（PC）和下位机（MCU）之间的通信实现激光器阵列波长调谐。研究结果表明,该系统可应用于1310 nm波段的密集波分复用（DWDM）系统并且能够保持50 GHz间隔0.01 nm的波长精度。基于光学超晶格的四波长近-中红外光参量振荡器
摘要：利用波长为1064 nm的光纤激光器作为抽运光源,采用具有双通道（极化周期分别为30μm和30.5μm）的化学计量比钽酸锂超晶格（PPSLT）晶体作为非线性工作介质,在PPSLT晶体温度为190oC时,获得了1568.4、1625.9、3078.8、3231.1 nm四波长近-中红外激光同时输出。在抽运功率为37 W,重复频率为50 k Hz时,获得了14.9 W近-中红外激光输出,四波长激光的功率分别为3.71、4.36、3.21、3.62 W。通过调节PPSLT晶体温度,可以实现可调谐输出。进一步优化光参量振荡器谐振腔,可以实现四波长相同功率输出。基于条纹式激光传感器的机器人焊缝跟踪系统研究
摘要：提出了基于条纹式激光传感器的机器人焊缝跟踪系统,采用机器人末端安装条纹激光传感器,在焊接过程中实时获取焊缝轮廓数据;利用小波变换模极大值理论对焊缝轮廓数据进行分析,确定焊缝特征点;以特征点为分界点,采用最小二乘法拟合焊缝直线并求取交点,精确确定焊缝轮廓特征点坐标;通过机器人坐标变换实时获得焊缝运动轨迹,从而实现焊缝跟踪。对不同的V型焊缝进行实验验证,并对有无采用最小二乘法精确定位进行对比实验。实验结果表明：只采用小波模极大值理论获得的跟踪误差约为0.514 mm,但轨迹存在较严重的抖动现象;而采用了最小二乘法精确定位特征点后,跟踪误差约为0.304 mm,抖动现象明显减弱,满足自动焊接误差要求在0.5 mm之内的要求。拍瓦装置皮秒测量系统立体空间激光光路的快速自动准直
摘要：拍瓦激光参数诊断过程中,为满足单脉冲信噪比测量仪中周期性极化铌酸锂（PPLN）晶体对光束偏振态的要求,皮秒测量平台的光路排布中采用了立体空间分布结构。针对单脉冲信噪比测量仪快速精确的在线准直要求,推导出马达调整的4×4维线性矩阵的数学模型算法,实现皮秒测量平台立体空间激光光路的快速精确准直。实验结果表明,该准直算法能够保证马达调整3次以下,准直时间2 min以内,实现近场准直精度小于0.16 mm,远场调整精度小于0.17 mrad。满足信噪比测量对准直精度和准直时间的要求,使得信噪比信号获取成功率由10%提升到90%,保障拍瓦激光信噪比实验结果满足总体要求（大于106）。20kHz窄线宽光纤光栅外腔半导体激光器
摘要：采用多量子阱掩埋条形（BRS）增益芯片和拉锥光纤布拉格光栅（FBG）,制作了1.5μm波段FBG外腔式窄线宽半导体激光器。封装后器件实现了全电流范围内稳定单模窄线宽激光输出。30~250 m A驱动电流下线宽小于15.48 k Hz,实测最小线宽为6.42 k Hz,频率稳定度为7.2×10-8/s,边模抑制比大于40 d B,最大出纤功率大于10 m W。这种集成窄线宽激光器性能优异,且制作成本低,工艺简单,适于批量生产,可应用于400 Gb/s相干通信系统的发射源与接收机本振源。10W级高效率单模中红外2.8μm光纤激光器
摘要：报道了高功率、高效率单模中红外2.8 mm波段光纤激光器。采用中心波长为975 nm的半导体激光器（LD）抽运高掺铒氟化物双包层光纤Er∶ZBLAN,室温下实现了2.8 mm激光功率超过9 W中红外光纤激光连续输出。激光器最大输出功率为9.2 W,斜率效率为24.8%,工作阈值约为1.0 W,中心波长为2.79 mm,激光工作模式为单模,光束质量M2因子小于1.2。基于微透镜阵列的半导体激光器堆栈匀化系统
摘要：半导体激光器由于自身波导结构的不对称性导致光强分布不均匀而限制了其应用,为了对半导体激光光束进行整形以获得均匀光斑,设计了一种基于微透镜阵列的半导体激光器堆栈匀化系统。分析了微透镜阵列对半导体激光的匀化原理和光束匀化过程,通过分析微透镜边缘衍射对匀化光斑影响确定了微透镜孔径范围,采用近轴矩阵光学推导了目标光斑发散角。结合实例对微透镜阵列光束匀化系统进行了仿真和实验验证,实现了均匀性为91.89%的均匀光斑。基于振荡源XeCl准分子激光的变焦辐照技术研究
摘要：在直接驱动激光聚变中,变焦辐照可使得激光焦斑随聚变靶丸缩小,可增大激光与靶的能量耦合效率。基于像传递技术并利用电光削波开关中的检偏棱镜同时实现光脉冲的分束与波形分割,这种方式可充分利用脉冲激光能量,可有多种光束分割形式,并具备脉冲整形的能力。在实验室实现了Xe Cl准分子激光3台阶变焦辐照,以条纹相机记录了焦斑变化过程。实验结果表明,电光削波开关中电光晶体驱动电压的前沿陡度直接影响到变焦台阶之间的边界陡度。选择性激光熔融钴铬合金成形工艺研究
摘要：针对牙科钴铬合金（remanium star CL）进行选择性激光熔融（SLM）成形实验,测试分析钴铬合金成形件微观组织及表面质量,研究激光功率、扫描速度、扫描间距及其综合作用下的激光能量密度对钴铬合金件表面粗糙度、相对密度及维氏硬度的影响。研究结果表明,相同激光能量密度下,不同的激光功率、扫描速度、扫描间距也会导致不同的表面粗糙度。SLM成形钴铬合金件相对密度随激光功率的增加而增大且变化速率逐渐缓慢;扫描速度在80~100 mm/s时,钴铬合金SLM成形相对密度最大值达94.95%。随着激光扫描间距的增大,钴铬合金件的相对密度下降。试件维氏硬度随激光功率和扫描速度的增大均呈现先增大后减小的变化规律。此外,激光功率从50 W变为100 W时,网状晶粒平均尺寸由0.8μm增大到2μm左右,然而过大的激光功率将导致晶粒尺寸过大使硬度降低。SLM成形钴铬合金件维氏硬度平均硬度为392 HV,在合理范围内略高于标准值。中空环形激光离焦量对熔道凹凸缺陷自愈合效应的影响
摘要：＂形貌自愈合效应＂是激光金属直接成形过程中可能出现的一个重要现象,在堆积过程中依靠自身工艺参数的调整,可以控制多层堆积的熔道从堆积表面可能出现的凹凸不平状态重新恢复到平整状态。在＂中空激光、光内送粉＂新工艺的方法下,通过调整环形激光离焦量能产生明显的熔道凹凸缺陷的自愈合效应。对激光离焦量与单层堆积厚度影响规律进行了理论分析,获得激光离焦量与单层熔覆高度的关系曲线,并在具有＂栅栏凸起＂的304不锈钢基板上堆积多组薄壁墙试样进行试验验证,同时利用游标卡尺、扫描电镜及显微硬度计对愈合完好的薄壁墙的宽度、微观组织及显微硬度进行了分析。结果表明,不同的激光离焦量对其形貌自愈合能力影响显著,当离焦量为0~-3 mm时,薄壁墙形貌原有的起伏不平＂自愈合现象＂并不会出现;当离焦量为-3 mm~-5 mm时,薄壁墙形貌的起伏不平随层数增加被逐渐修复,若干层后表面光滑平整,＂自愈合现象＂得到验证;通过自愈合修复的薄壁墙,宽度变化很小,与基体冶金结合良好,组织致密均匀,从墙顶至基体硬度值呈缓慢下降趋势。基于强脉冲激光的Ti/Al冲击点焊实验研究
摘要：提出了一种可以实现同种或异种金属材料固态冶金结合的新型激光冲击点焊工艺。实验中,采用Nd∶YAG激光器发出的脉冲激光驱动厚度为30μm的钛箔产生局部塑性变形,并以超高速撞击厚度为100μm的铝板以实现点焊连接。当钛箔的飞行距离分别为0.3、0.6、0.9 mm时,焊点中心的回弹区域面积依次减小,而结合区域面积依次增大。采用冷镶嵌技术制样用来观察焊点的截面特征,发现了沿焊点直径方向振幅和周期变化的波形界面和平直型界面。为研究激光冲击点焊对材料力学性能的影响,应用纳米压痕测试技术测量了垂直于焊接界面方向材料的显微硬度,结果表明焊接界面附近材料的硬度值明显提高。此外,焊接试样的拉伸剪切测试结果表明,当复板和基板发生有效固态冶金结合时其连接强度较高,失效形式通常是焊点边缘破裂。激光冲击点焊为厚度在微米级的异种金属箔板的点焊连结开辟了新途径。添加Sn-5%Zr粉末对激光焊接钢/铝显微组织和性能影响
摘要：对1.4 mm厚的DP590双相钢和1.2 mm厚的6016铝合金平板试件进行添加Sn-5%Zr（质量分数,下同）粉末的激光搭接焊试验,利用卧式金相显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、背散射电子衍射技术（EBSD）和微机控制的电子万能试验机等研究了添加Sn-5%Zr粉末对焊缝微观形貌、焊接区域金相组织、断口形貌、主要物相、相的分布及含量、晶粒大小与接头力学性能的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了添加Sn-5%Zr粉末后新形成物相Fe Sn、Fe3Sn和Fe3Al、Fe Al、Fe2Al5等Fe-Al金属间化合物的模量。结果表明,添加Sn-5%Zr粉末钢/铝接头平均剪切强度为37.90 MPa,与未添加粉末相比,剪切强度提高,新形成Zr Al3化合物细化了钢/铝界面Fe-Al金属间化合物的晶粒尺寸,Sn抑制Al向焊缝熔池内扩散,减少Fe-Al金属间化合物层厚度,新形成物相Fe Sn,Fe3Sn具有较好的延性,Sn-5%Zr粉末改变了界面层Fe-Al金属间化合物脆性相与延性相的比例,添加粉末增加焊缝熔宽,提高焊合率,因而添加Sn-5%Zr粉末改善了焊接接头的力学性能。激光金属熔覆成形过程中温度场演化的三维数值模拟
摘要：采用三维瞬态模型模拟了同轴送粉激光金属熔覆成形（LMD）技术制作直壁墙过程中温度场的演化,被加工的材料为定向凝固镍基高温合金Rene80。首先模拟了粉末在下落过程中与激光的相互作用,并分析了其对熔池温度场可能造成的影响,其次模拟了直壁墙成形过程中温度场的演化。模拟过程考虑了固液相变和液体流动对熔池温度场变化的影响,模拟过程所用的工艺参数为制作直壁墙实验中获得的最优参数。通过模拟获得的熔池温度场演化过程再现了成形过程中熔池形貌的变化及成形过程的不稳定性,模拟计算的温度场变化规律与实验测得结果相符。激光动态柔性微弯曲中尺寸效应的实验研究
摘要：制备了多特征尺寸微弯曲模具,并利用激光动态柔性成形技术实现了单次脉冲下箔板的等压弯曲成形。为了研究工件尺寸（厚度）、晶粒尺寸对高应变率下箔板变形行为的影响,使用超景深显微系统观测成形件三维形貌及轮廓形状,采用纳米压痕仪测量其厚度方向上的微硬度分布,并借助冷镶嵌技术测量成形件厚度减薄率。实验结果表明：铜箔厚度由50μm减小到30μm时,材料流动应力减小,成形件轮廓形状由圆顶状转变为槽状,表面硬度由于模具底部的碰撞滑移得到显著强化;相比于细晶成形件,粗晶件的微塑性成形能力较差;工件底部回弹形变及厚度方向应变硬化不均匀;圆角处易于破裂,最大减薄率比细晶件增大约10%。超音速激光沉积与激光熔覆Stellite6涂层的对比研究
摘要：超音速激光沉积技术（SLD）将冷喷涂技术与激光技术相复合,保持了冷喷涂固态沉积的优势,并极大地拓展了单一冷喷涂技术的可喷涂材料范围。采用SLD制备了Stellite 6硬质涂层,并与激光熔覆（LC）Stellite 6涂层在宏观形貌、显微组织、界面稀释和显微硬度等方面进行对比研究。研究表明,SLD涂层保留了原始Stellite 6颗粒内部组织,不同于LC涂层的粗大枝晶组织;LC涂层稀释率约为12%,而SLD涂层无宏观稀释区;与LC热影响区相比,SLD热影响区变窄;SLD Stellite 6涂层平均显微硬度达到694 HV0.2,约为LC Stellite 6涂层的1.45倍。考虑固态相变的激光熔覆成形应力场有限元分析
摘要：为了研究固态相变对马氏体钢激光熔覆成形过程应力演化的影响,建立了考虑降温过程马氏体相变的热-力耦合激光单道熔覆及多层多道堆积有限元模型。在实测材料物性参数的基础上,对单道熔覆及多层多道堆积应力演化进行了有限元分析。分析结果表明,马氏体相变对应力场演化影响显著,同只考虑热-力耦合的模型计算结果相比,考虑固态相变的情况下,有限元结果同实验值比较吻合,残余应力水平显著降低,且分布规律明显不同。
