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中国激光 2016年第11期杂志 文档列表

中国激光杂志激光物理

激光驱动器靶场光路导引系统的排布1-10

摘要：靶场光路导引系统（BGS）具有两个功能，一是将主激光的列阵排布转变为满足打靶激光要求的球形辐照结构，二是保证所有光路等光程传输到靶室中心。主要研究了主激光和打靶激光的传输模型以及它们之间的编组方式。结合靶室入射法兰口分布的对称特性，提出传输子单元概念来简化系统的排布。首先，综合考虑反射镜的种类和数量以及靶场的空间大小，确定传输子单元的具体模型以及靶场的对称划分方式。再根据激光偏振态和光路无交叉限制，得到主激光和打靶激光两种可能的传输模型。通过分层定基线算法，结合物像传递关系，确定具体的编组方式，从而最终得到整个BGS的排布。

相干调制成像技术测量高重复频率激光器光学元件热畸变11-19

摘要：高功率固体激光器工作在高重复频率时，增益介质因热量的沉积而发生热畸变，导致激光输出波前发生变化。为此，利用相干调制成像技术通过记录单幅衍射光斑实现输出光场的波前测量，获得了放大器工作在1，5，7Hz频率时光学元件的热畸变相位。实验结果显示，随着工作频率增大，热量向中心区域集中，热沉积效应明显增加了波前变化。

激光阶梯刻蚀法制备45°微反射镜及垂直耦合研究20-25

摘要：提出了一种基于准分子激光制备45°微反射镜的新方法--激光阶梯刻蚀法，介绍了该方法的工艺流程。通过优化参数制备了微反射镜样品，详细分析了样品参数对微镜反射性能的影响。利用微反射镜样品进行垂直耦合实验，深入讨论了影响系统损耗的主要因素。实验结果表明，微反射镜样品造成的损耗约为3．5dB。该制备方法有望在大尺寸光波导互连背板耦合器件的研制中得到广泛应用。

掠入射Nd：YVO4板条结构皮秒激光放大器的实验研究26-32

摘要：基于可饱和吸收体和被动调Q微晶片种子源，对双通掠入射Nd：YVO4板条放大器进行了实验研究。脉冲宽度为90ps、脉冲重复频率为100kHz、光束质量因子为1．16的激光作为种子源，功率从100μW到10mW可调，分别采用新型的液态金属和传统的薄铟膜作为板条放大器的热传导材料。测量结果显示，采用液态金属能大幅降低板条抽运面的温度。将液态金属作为板条放大器的导热材料，10mW的种子光源在抽运功率为55W时，经过掠入射Nd：YVO4板条双通放大，最终获得13w激光输出，光光效率达到23％，脉冲峰值功率为1．2MW，脉冲能量为130μJ，光束质量Mx2=1．30，My2=1．28。

350mJ LD侧面抽运Nd：YAG无水冷调Q激光器33-39

摘要：研制了一台无水冷激光二极管（LD）侧面抽运高能量、高光束质量全固态Nd：YAG调Q激光器。激光器采用半导体制冷器（TEC）进行整体冷却，有利于激光器的小型化、便携化。实验使用的Nd；YAG晶体棒尺寸为≠7mm×100mm，掺Nd的原子数分数为1.1％，LD抽运的最大峰值功率为15kW。在10Hz重复频率下获得最大脉冲能量为350mJ、脉冲宽度为9．713．8、光-电转换效率为6．7％、能量稳定度小于5％的1064nm激光输出，水平和垂直方向的光束质量M2分别为7．7和12．3。

端抽运准连续Yb：SSO激光实验研究40-44

摘要：一种新型的掺镱硅酸盐晶体Yb3＋：Sc2SiO5（Yb：SSO）因其良好的激光特性而在近年来受到关注。从理论上计算了Yb：SSO晶体在不同的抽运功率情况下的热透镜焦距，分析了晶体材料负折射率系数对激光器的影响。实验中采用平平短腔结构，研究了准连续（QCW）976nm激光二极管端抽运Yb：SSO激光特性。在重复频率为50Hz、脉冲宽度为500μs、峰值抽运功率为128．8W时，得到峰值功率为27．6W的激光输出，光一光转换效率为21．4％。此时x和y方向上的光束质量因子M2为1．24和1．20。在实验中发现激光中心波长随抽运功率变化的规律，并理论分析了实验结果中双波长非同步起振的原因。

亚皮秒L波段掺铒全光纤锁模激光器45-50

摘要：报道了一种L波段的高功率亚皮秒掺铒光纤激光器。在全光纤环形腔内熔接2个偏振控制器（PC）和偏振相关的光隔离器（IS0），基于非线性偏振旋转锁模原理实现了全光纤结构锁模激光脉冲输出。输出激光的中心波长为1603nm，脉冲重复频率为37．8MHz，单脉冲能量为4nJ，平均输出激光功率为152mw。对此全光纤锁模激光器进行合理的色散控制，可得到脉冲宽度为370fs的锁模激光输出。实验中使用高掺杂浓度的掺铒光纤，有效减少了其使用长度，提高了抽运转换效率，实现了结构简单紧凑、性能稳定可靠的L波段亚皮秒光纤激光器。

基于高重复频率脉冲激光的水下全选通成像雷达51-57

摘要：在水下高重复频率距离选通成像系统的基础上，设计了一种全选通成像系统。在空间域中，可将整个探测区域划分为多个相互叠加的改进选通切片，一帧图像积分时间内的激光脉冲按照一定规律分布到各个改进选通切片中；在时间域中，在一帧图像积分时间内按照一定规律实现宽选通门对不同激光脉冲回波的等时差移动，使得一帧图像中包含所有距离的目标信息，实现了全选通实时成像。实验对比了连续光成像系统、传统距离选通成像系统和全选通成像系统的成像质量。实验结果表明，全选通成像系统同时具有连续光成像系统探测范围广和距离选通成像系统探测距离远的优点，探测距离大于4．5H（H为衰减长度），输出视频的帧率为20Hz。

外腔谐振倍频8．7W连续单频绿光技术研究58-62

摘要：基于Pound—Drever-Hall外腔谐振倍频技术，实现了单频、连续1064nm基频光的高效倍频转换。精确锁定环形倍频腔腔长，利用I类非临界相位匹配三硼酸锂晶体获得了最高8．73W的倍频绿光输出，倍频效率为68．9％。在此基础上，研究了倍频绿光的波长锁定与调谐特性，当30min内波长锁定均方根值小于3fm时，实现了输出绿光波长在532．15～532．50nm范围内的连续可调。采用自外差拍频法测量了单频绿光的光谱特性，谱线线宽为18．7kHz，光束质量因子为1．25，光束质量优异。

中国激光杂志激光制造

激光快速成形Ti70．38Fe26．39Sn2．93Y0．3合金组织与性能生物医用63-69

摘要：采用激光快速成形技术在纯钛基板上制备了Ti70．38Fe26．39Sn2．93Y0．3四元共晶合金成形体，测试研究了该合金成形体的微观组织、硬度、弹性模量和耐蚀性能，并与Ti70.58Fe29.42二元共晶合金成形体进行了对比。分析结果表明，在激光快速成形非平衡凝固条件下，Ti70．38Fe26．39Sn2．93Y0．3合金成形体的凝固组织是TiFe初晶和β-Ti＋TiFe共晶组成的过共晶组织。与Ti70.58Fe29.42二元共晶合金成形体相比，Ti70．38Fe26．39Sn2．93Y0．3合金成形体的硬度提高了59．6％，弹性模量降低了30％，且在Hank’s溶液中展示出优异的耐蚀性。

超音速激光沉积与激光熔覆WC／SS316L复合沉积层显微组织与性能的对比研究70-77

摘要：采用超音速激光沉积（SLD）和激光熔覆（LC）在316L不锈钢基体上制备了WC／SS316L复合沉积层，对沉积层的宏观形貌、WC分布、显微组织、相成分及磨损性能进行了对比分析。结果表明，LC多道搭接的沉积层中有明显的宏观裂纹，而SLD沉积层表面平整致密，无宏观缺陷。在LC沉积层中，陶瓷相WC呈部分聚集的不均匀分布，而在SLD沉积层中，陶瓷相WC呈弥散状的均匀分布。LC沉积层组织成分分布不均匀，且产生了有害相，而SLD沉积层保持了沉积粉末原有的组织和性能，且表现出形变强化效果。SLD沉积层的摩擦系数比LC沉积层低28％，表现出较优的抗磨损性能。

激光冲击7050铝合金薄板试样形成残余应力洞的机制78-87

摘要：为研究激光冲击7050铝合金薄板试样形成残余应力洞的机制，分别使用功率密度为1．98GW／cm2和2．77GW／cm2的激光冲击7050铝合金试样。采用ANsYS／LS-DYNA有限元分析软件模拟分析了在功率密度为1．98GW／cm。的激光束冲击下的薄板试样。实验中利用X射线应力分析仪测量薄板试样和厚板试样的残余应力分布，利用压电薄膜传感器测量激光冲击时试样的动态应变，并利用三维显微系统观察激光冲击区域的表面微结构。实验结果表明，功率密度为1．98GW／cm2和2．77GW／cm2的激光束冲击7050铝合金薄板试样后均产生了残余应力洞现象。反射边界条件下的模拟结果与实验数据具有较好的一致性，表明稀疏波在光斑中心的会聚是产生残余应力洞现象的主要原因。由残余应力分布和动态应变可知，在试样内来回反射的冲击波对残余应力洞的影响不容忽视；功率密度为2．77GW／cm2的激光束冲击加载后，薄板、厚板试样冲击区域中心的厚度分别比临近区域的厚度大10．800μm和8．150μm；在表面稀疏波与冲击波的共同作用下，试样表面均产生了残余应力洞现象。

激光深熔焊熔池三维瞬态行为数值模拟88-97

摘要：考虑熔池蒸气反冲压力、表面张力、热浮力等力学因素和熔池内、外部的对流、辐射等热学过程，采用沿深度方向衰减的旋转高斯体热源简化熔池对激光的吸收，采用流体体积法追踪气／液界面，采用液相体积分数法和焓-孔隙度法分别处理熔化凝固潜热及液一固糊状区的动量损失，建立了激光深熔焊接熔池的三维瞬态模型。运用该数学模型获得了不锈钢激光深熔焊接过程中熔池及小孔温度场和流场的瞬态变化。计算表明，熔池最高温度呈现线性增长、趋于平稳和小幅振荡三个阶段；小孔在焊接过程中呈现前倾和后倾两种姿态，且存在周期性振荡行为。计算得到的熔池形状和焊缝横截面的试验结果基本吻合，小孔振荡行为也从相关文献的实验结果中得到了验证。

超声振动辅助激光金属成形IN718沉积态组织及性能的研究98-103

摘要：在激光金属成形IN718过程中引入超声振动，测量了成形件的表面粗糙度、残余应力和室温力学性能，并对成形件的微观组织进行了分析。结果表明，施加超声振动后，成形件的表面粗糙度和残余应力得到显著改善，微观组织得以细化，抗拉强度和屈服强度均有提高。当超声频率为17kHz、超声功率为44w时，与未施加超声振动时相比，超声振动作用下成形件的残余应力在x和y两个方向上分别降低了47．8％和61．6％，屈服强度、抗拉强度和断面伸缩率分别提高了6．I％，2．7％和i0．6％，延伸率降低到29．2％。

强激光驱动316L不锈钢靶板变形速度数值模拟104-111

摘要：采用动力学有限元分析软件ANSYS／LS-DYNA对316L不锈钢靶板在脉宽为纳秒量级的强激光诱导的冲击波作用下的变形速度进行了数值模拟，建立了适用于高压高应变率条件下的有限元模型，并将数值模拟得到的速度曲线与前人实验结果进行了比较，验证了模型的正确性。此外，靶板的变形速度随冲击波压强的增加而增大，随靶板厚度的增加而减小。模拟结果对研究激光冲击成形、靶板层裂以及侵彻等过程具有参考意义。

不锈钢激光着色机理及基于神经网络的颜色预测112-120

摘要：研究了离焦量、脉冲能量、扫描间距、扫描速度和重复频率等激光加工参数对金属表面着色及微纳结构制备的影响机理，诱导制备了氧化膜、类光栅、凹坑和柱状突起4种结构，这些结构会使不锈钢表面产生薄膜干涉、光栅衍射和陷光等现象。通过Matlab软件在工艺参数与颜色HSB值之间建立了一个单隐含层的反向传播（BP）神经网络，该神经网络的训练均方根误差为O．0078，色相H、饱和度S和亮度B的测试相对误差分别为23％，10．4％和5．6％。该神经网络在一定程度上揭示了工艺参数与颜色之间的映射关系，使用该神经网络模型可以对激光着色效果作出有效的预测。

多次激光冲击强化对З∏866马氏体不锈钢组织及残余应力的影响121-128

摘要：采用钕玻璃脉冲激光器进行了航空发动机用З∏866耐热马氏体不锈钢激光冲击强化实验研究。结果表明，不锈钢组织由马氏体板条和析出碳化物组成，多次冲击表层产生高密度位错缠结，回火后仍保留其缠结结构，产生大量的纳米析出相。多次冲击可使表层引入更高幅值的残余压应力，幅值达-715．4MPa，且残余压应力值随光斑搭接次数增加而增加。500-650℃回火处理后残余压应力下降幅度达到50％，具有良好的热稳定性，冲击次数对其影响较小。

激光冲击波加载690高强钢薄板传播机制的模拟与实验129-138

摘要：为研究激光冲击波在690高强钢薄板中的传播机制，对690高强钢薄板经激光冲击后的动态响应以Hyperworks、LSDYNA为平台进行模拟，用聚偏氟乙烯压电传感器进行测量，将模拟结果与实验结果对比研究试样动态应变特性，建立了高应变率条件下表面动态应变模型和690高强钢薄板激光冲击波加载模型。研究结果表明，在功率密度为12．7GW／cm2的激光加载下，通过改变表面测量位置和试样厚度测得表面Rayleigh波波速为3．08×103m／s、纵波的波速为3．09×103m／s；表面Rayleigh波传播速度模拟值为3．24×103m／s，模拟结果与实验结果有较好的一致性；通过调整激光功率密度可分离剪切波和表面Raylelgh波。实验数据证明690高强钢表面动态应变模型准确可靠，激光冲击波加载模型可描述激光冲击波在690高强钢薄板中的传播机制。