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中国激光 2016年第06期杂志 文档列表

中国激光杂志激光物理

猫眼回波图像随CMOS器件激光损伤变化的实验研究1-7

摘要：成像系统中的CMOS探测器被激光损伤后，其猫眼回波会发生变化。对猫眼回波图像的变化进行了实验研究，发现随着用于损伤的激光功率增加，CMOS器件的微透镜发生分解，直至最终消失，并使器件表面形成由遮光铝膜和光敏区构成的二维光栅，猫眼回波图像内的阵列光斑也经历了逐步消失又恢复的过程。以高斯随机表面模拟微透镜表面形貌，建模计算了猫眼回波图像随微透镜损伤程度的变化，计算结果与实验现象相符。

基于圆环达曼光栅整形的环形光抽运的Nd：YAG声光调Q涡旋光激光器8-13

摘要：研究了圆环达曼光栅（CDG）整形的环形光抽运的声光调QNd：YAG激光器。该激光器的腔体由激光晶体、声光调制器以及平面输出耦合镜组成。所用抽运源为光纤耦合808nm半导体激光器，其发射光经过CDG发生一级衍射，产生的环形光场强度分布用于端面抽运Nd：YAG激光晶体。实验获得了高光束质量、线偏振、且具有螺旋相位的主动调Q脉冲光输出。当吸收抽运功率为5．6W、声光调制器工作频率为5kHz时，激光脉冲的平均功率为470mw，峰值功率达到588W，脉冲宽度为160ns。

1030nm千瓦级掺镱光纤窄线宽激光放大器14-19

摘要：基于掺镱光纤激光放大器理论模型，分析了掺镱光纤激光放大器中心波长和增益光纤长度等因素对放大发光辐射（ASE）的影响。根据计算结果，优化了1030nm窄线宽光纤激光放大器设计参数。采用主振荡功率放大结构，搭建了基于窄带种子源一级放大器的实验装置，使用25μm／400μm（纤芯直径／包层直径）掺镱光纤实现了中心波长1030nm、3dB线宽O．072nm、最高功率1．01kW的连续激光输出，光光转换效率为81％，1030nm激光功率占比大于99％。由理论计算和实验结果可知，经过合理的优化设计，采用商用光纤可实现窄线宽1030nm光纤激光器高功率、高效率、高信噪比输出。

基于RTP相位调制器的900Hz单频脉冲Nd：YAG激光器20-25

摘要：报道了半导体激光器双端面抽运单频调Q Nd：YAG激光器。采用磷酸钛氧铷（RTP）电光晶体作为腔内相位调制器主动调谐腔长,实现单频种子注入,获得稳定的单纵模输出。采用另外一对RTP电光晶体作为调Q开关,在900Hz重复频率下,利用单振荡级获得单脉冲能量为7.5mJ,脉宽为14.6ns,线宽为45 MHz的1064nm激光脉冲序列输出。激光束在水平方向和垂直方向的光束质量M2值分别为1.30和1.36。输出激光2min的频率稳定性为1.1MHz,线宽稳定性为0.52MHz。在传导冷却结构中,实现了高频率稳定性和线宽稳定性的窄线宽单频脉冲激光的输出。

声光调Q光纤激光器输出脉冲多峰现象的实验研究26-31

摘要：搭建了声光调Q脉冲光纤激光器实验系统,研究了输出的调Q脉冲多峰现象。通过调节系统的抽运功率、声光Q开关的重复频率、开启时间、上升时间等可调参数进行实验,寻找多峰个数少、形状好的调Q脉冲。最终在抽运功率为8 W,Q开关重复频率为10kHz,开启时间为260ns,上升时间为150ns时,得到一个前沿有稍微突起的调Q脉冲输出,此时激光转换效率约为23.6%。实验成功地减少了输出脉冲波形多峰的个数,优化了调Q脉冲的输出波形。对实验结果进行的分析为声光调Q光纤激光器获取输出平滑脉冲提供了方法。

大口径片状放大器放大A发辐射效应的实验研究32-38

摘要：放大自发辐射（ASE）是影响钕玻璃大口径片状放大器增益性能的重要因素。通过测试钕玻璃大口径片状放大器在不同抽运条件下的增益性能，研究了ASE效应对增益系数和增益分布均匀性的影响，并利用实验数据推算出ASE效应造成的增益系数降低比例。随着抽运能量的增加，ASE效应造成的增益分布塌边、平均增益降低愈发明显。该研究为国产大口径钕玻璃片状放大器的优化设计提供了实验支撑。

高重复频率窄脉宽电光调QNd：YVO4激光器39-44

摘要：采用磷酸钛氧铷（RTP）电光偏转器作为调Q开关，实现了连续激光二极管（LD）端面抽运Nd：YVO4的激光调Q运转。实验研究了输出耦合镜透射率不同、重复频率不同时激光器调Q的输出特性。当输出耦合镜透射率为60％，在5kHz重复频率运转时，获得了平均输出功率为1．22w、脉冲宽度为1．0ns、峰值功率为244kw的调Q脉冲输出；当重复频率为20kHz时，得到的平均输出功率为2．67W，脉冲宽度为2．2ns，峰值功率为60．7kw，对应斜率效率为37％，光束质量因子Mx2=1．226，My2=1．229。并使用磷酸钛氧钾（KTP）晶体对激光器输出的1064nm激光进行了腔外倍频，获得了重复频率为20kHz、平均输出功率为1．33w的532nm绿光输出，倍频效率为50％。

基于外部光反馈的双偏振光纤激光器拍频相位噪声抑制45-50

摘要：以光纤光栅作为反射镜,将双偏振光纤激光器的一小部分输出光经光纤延迟线延迟后再反馈回激光腔,降低了拍频信号的相位噪声。结果表明：反馈时间越长,噪声降低的幅度越大。以50m长的单模光纤作为延迟线,降低了双偏振光纤光栅激光器拍频信号20dB以上的相位噪声,在10kHz偏移处相位噪声达到-92dBc/Hz的水平;光反馈的偏振态对外部光反馈系统的噪声抑制能力有影响,并对双偏振光纤激光器的拍频频率有微弱的调谐能力。

中国激光杂志激光制造

光纤激光水下切割1mm厚304不锈钢的实验研究51-60

摘要：在氩气辅助下，利用光纤激光水下切割1mm厚304不锈钢板。通过切缝平均宽度研究激光功率、切割速度、水层厚度、水体条件等对切割效率及切割质量的影响规律。宏观上，激光功率过低、切割速度过快、水层过厚等因素会降低激光切割效率和质量。在模拟海洋环境的盐水中进行切割试验，水的高盐度和低温大大降低了切割效率。微观上，熔化区、热影响区（HAz）和基体的组织成分、显微硬度各异，熔化区边缘出现表面形核现象，熔化区晶胞尺寸随着激光能量密度增大而增大；热影响区组织粗大，显微硬度低于基体与熔化区硬度。熔化区边缘硬度达到242．8HV，局部氧化区域硬度高达963HV，是基体硬度的4．3倍；熔化区中部硬度为165．1HV；热影响区硬度为124．6HV，不锈钢基体硬度为223．4HV。

紧固孔多点激光喷丸诱导残余应力的数值模拟61-68

摘要：激光喷丸强化技术是一种新型的材料表面改性技术相比于传统喷丸强化技术，具有明显的优势。采用试验与有限元分析相结合的方法，探讨了在一定冲击顺序下，多点激光喷丸强化处理后紧固孔周围残余应力的分布情况。结果表明，通过多个直径为2．6mm光斑的组合能形成一个直径近似为6mm的较大圆形冲击区域，可用来替代大直径光斑进行冲击强化。在多点激光喷丸强化过程中，由于多个光斑叠加，导致冲击区域的表面残余压应力幅值由第一点冲击后的134MPa增加到冲击结束后的254MPa，冲击区域变形深度也逐渐增大到26．6μm。在冲击区域钻孔后，紧固孔孔口边缘处的最大残余压应力值明显减小。模拟值与实验值吻合较好。

激光透射焊接件拉伸过程应力分布和失效行为69-78

摘要：采用模拟与实验相结合的方式研究激光透射焊接件拉伸过程中的应力分布和拉伸件的失效行为。以PA66激光透射焊接件为研究对象，建立了焊后拉伸数值模拟模型，模拟得到了焊接件的拉伸载荷一位移曲线和拉伸变形情况，并与拉伸实验进行对比和验证；对拉伸过程中焊接件的剪切应力和Von Mises应力分布进行分析，从剪切和拉伸失效方面探究拉伸件的失效行为。拉伸实验验证了拉伸数值模拟模型能较好地预测焊接件的拉伸变形情况；数值模拟得到最大剪切应力发生在焊接界面上长方形焊接区域的4个角点附近，即剪切失效的起始位置，且由于最大剪切应力远小于PA66的剪切强度，拉伸件发生剪切失效的可能性较小。预测的焊接件拉伸失效形式及失效位置与实验结果吻合，验证了数值模拟方法的准确性和拉伸数值模拟模型良好的可靠性。

A7N01铝合金光纤激光-变极性TIG复合填丝焊接工艺研究79-86

摘要：采用光纤激光一变极性TIG复合填丝焊接4mm厚的A7N01铝合金，研究了焊接电流、焊接速度对焊缝成形及气孔的影响规律，同时分析了优化工艺参数条件下焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明，随着焊接电流的增加，焊缝正面熔宽增加，背面熔宽基本不变；而焊接速度降低，焊缝正面和背面熔宽均增加，焊缝内部气孔减少；且在激光功率为6kW、焊接电流为180A、焊接速度为4m／min、送丝速度为4m／min时，获得成形良好内部无缺陷的焊接接头；焊缝横截面呈典型的上宽下窄的特征，从熔合线至焊缝中心，焊缝显微组织依次为细小等轴晶、柱状晶、等轴树枝晶形态，且焊缝中心的等轴树枝晶晶粒尺寸自上而下逐渐减小，二次枝晶逐渐弱化；焊缝区的硬度值低于母材，存在接头软化现象，其接头抗拉强度均值为369．8MPa，约为母材的83％，延伸率约为4．0%，拉伸断裂于焊缝区，拉伸断口呈典型的韧性断裂特征。

激光-双MIG电弧复合焊耦合机制及熔滴过渡研究87-94

摘要：激光-双MIG（熔化极稀有气体保护）电弧复合焊具有熔深大、熔敷效率高、焊接质量好等特点，然而由于其耦合机理复杂，给应用带来了一定的困难。基于电磁场理论提出了激光与双电弧耦合机制，当激光光致等离子体中间部位的电子受到两个电弧产生的洛伦兹力和电场力相差较大时，等离子体两端的电子分布会不均匀，这使得一端电弧发生弯曲，沿焊丝轴向的促进力减小，熔滴过渡困难。当激光光致等离子体中间部位的电子受到两个电弧产生的洛伦兹力和电场力大致平衡时，电子能够比较均匀地分布在等离子体的两端，吸引稳定电弧，利于熔滴过渡。采用高速摄影系统和电信号采集系统研究激光-双MIG电弧复合焊接过程，结果表明：当工艺参数不合适时，电弧发生弯曲，导致不稳定的大颗粒过渡和短路过渡；当工艺参数合适时，两个电弧根部被固定在激光光致等离子体的下部，形成稳定的射流过渡。

激光微造型球墨铸铁表面的摩擦学特性95-101

摘要：采用激光喷丸在球墨铸铁QT600表面加工出具有不同凹坑中心距的微凹坑造型阵列,研究了激光微造型对其表面摩擦磨损性能的影响。仪器测试结果表明,相比于未造型试样,激光喷丸在球墨铸铁表面引入有益的残余压应力,磨损量明显降低,干摩擦条件下降幅达7.9%。微造型试样在干摩擦条件下的表面摩擦系数明显提高,增幅最大可达12.9%,而湿摩擦条件下则明显降低,降幅最高可达11.8%;同时微造型试样表面磨损程度明显轻于未造型试样表面,氧化物也明显减少。

晶硅表面亚微米结构阵列的介电微球辅助激光-化学复合成型102-109

摘要：介绍了一种具有高工艺可控性特征的单晶硅表面亚微米结构阵列介电微球辅助激光一化学复合成型的方法，采用这种方法可以在单晶硅表面制备具有较好周期性和均一性的三维微结构阵列。分析并总结了微球直径、刻蚀时间及激光脉冲能量密度对结构成型的影响规律，根据时域有限差分模拟法和晶硅结晶及其化学刻蚀的基础理论，分析研究了微结构的成型机制，并以样品表面反射率为例，验证了利用不同工艺所制备出的微米结构阵列对其表面光学性能的调控作用。

石英光学元件激光损伤修复形貌的优化110-118

摘要：针对三倍频光学元件后表面的损伤修复形貌，分别采用时域有限差分法（FDTD）和瑞利-索末菲（R-s）衍射积分法，来模拟不同形貌下元件修复区域内以及其后续的光场分布。结果表明，当修复坑截面轮廓线端点切线与光束传播方向夹角大于70°时，元件内部光强极大值小于1．66，修复效果优于其他角度。夹角为70°、宽200μm的抛物面型、圆锥型和圆台型凹坑的后续光强极大值小于1．46。但是当修复坑宽度较大如达到1mm时，圆台型凹坑的后续光强极大值高达9．31，且作用区间长。因此，考虑实际激光修复工艺的难度，夹角大于70°的圆锥型凹坑是石英元件后表面损伤修复的首选形貌。

Q345钢激光焊与气体保护焊的焊接变形与残余应力对比119-128

摘要：分别采用气体保护焊（GMAW）和激光焊（LBw）焊接板厚为2．8mm的Q345低合金高强钢对接接头，并测量了对接接头的面外变形。基于Abaqus软件平台，开发了同时考虑材料非线性与几何非线性的热-弹-塑性有限元算法。利用开发的算法计算了GMAW和LBW两种焊接方法的焊接温度场、焊接变形和残余应力。模拟温度场时，采用等密度椭球热源模拟GMAW的热输入，分别采用高斯分布锥形体热源、由等密度半椭球热源与锥形体热源组成的复合热源模拟LBW的热输入。数值模拟结果和试验结果表明，焊接2．8mm厚的Q345钢板对接接头时，LBW产生的面外焊接变形明显小于GMAW；LBW在焊缝附近产生的纵向高拉伸应力区域范围明显小于GMAW，且两者的纵向与横向残余应力分布形态也有较大差异。此外，模拟激光焊时，虽然高斯分布锥形体热源与复合热源模型在板厚方向的热流密度分布不同，但两者产生的焊接变形差异很小，焊接残余应力分布也基本一致。数值模拟结果对两种激光热源模型并不十分敏感。

中国激光杂志材料与薄膜

基底晶态对HfO2薄膜晶向结构和力学特性的影响129-133

摘要：用电子束蒸发技术在晶体及激光陶瓷两种基底上沉积了氧化铪（HfO2）单层膜，采用掠角x射线衍射（GIXRD）技术和纳米划痕仪对薄膜的晶向结构和力学特性进行了研究。实验结果表明，HfO2薄膜在单晶晶体和多晶陶瓷基底上均呈现多晶态结构，均呈（020）面择优生长，陶瓷基底上薄膜的择优取向更明显。膜基结合较差的晶体-HfO2体系上薄膜的衍射峰较多，膜基结合较好的陶瓷-HfO2体系上薄膜的衍射峰较少。对比两个基底和其上薄膜的X射线衍射（XRD）结果发现，晶体基底的单晶结构与其上薄膜的多晶结构晶态差异较大，导致其膜基间有较大的残余应力，所以其膜基结合力也较差，这种弱结合力导致基底对薄膜的束缚作用较小，其上薄膜具有更多的衍射峰；陶瓷基底的多晶结构与其上薄膜的多晶结构差异较小，导致其上薄膜的择优生长更强，更有效地消除了残余应力，所以陶瓷-HfO2体系的膜基结合力较晶体-HfO2体系好，这种较强的结合力限制了薄膜向更多HfO2晶向的发展，其上薄膜衍射峰较少。