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中国激光 2017年第04期杂志 文档列表

中国激光杂志激光物理

高功率高效率平面波导激光振荡器实验研究1-5

摘要：研究了一种准连续工作下二极管抽运的高功率高效率Nd：YAG平面波导激光振荡器。实验采用尺寸为1 mm×10 mm×60 mm的平面波导作为增益介质, 搭建平平腔实验装置, 研究了平面波导激光器在不同输出镜透射率和不同重复频率下的激光输出特性。实验结果表明, 当输出腔镜透射率为79%时, 在重复频率为500 Hz、工作电流为200 A下, 获得1064 nm激光的平均输出功率为441 W; 在5种不同重复频率下获得最大单脉冲能量为928 mJ, 此时有效光光效率为53.2% 。输出激光脉冲波形与抽运光脉冲波形完全一致, 脉冲宽度都是240 μs。通过系统优化改进, 该激光器输出功率有能力进一步提升。

基于非稳腔的非链式脉冲HF激光光束质量优化6-11

摘要：采用正支虚共焦非稳腔对非链式脉冲HF激光谐振腔进行了优化, 提高了激光光束质量。采用不同放大倍率和不同模体积直径, 设计了5种不同参数的激光谐振腔。利用聚焦法测量了焦面远场光斑, 采用衍射极限倍数法分析了激光光束质量变化规律, 比较了不同腔参数激光脉冲能量的变化规律。实验结果表明, 非稳腔放大倍率大于2.5倍情况下, 可以得到约2.3倍衍射极限的激光输出。为了得到较好的实验结果, 在实验所用的放电电极结构下, 激光模体积直径控制在增益区截面直径的80%以内情况下得到的光束质量较好。

激光陀螺反射镜最佳透射率实验研究12-16

摘要：通过检测与计数电路可以将激光陀螺输出的光电信号进行放大、整形、鉴相, 输出与陀螺转角成正比的脉冲信号。由于激光陀螺输出的是微弱光电信号, 且检测电路存在散粒噪声和热噪声等干扰, 因此提高检测电路信噪比对保障计数电路功能正常来说至关重要。为提高检测电路信噪比, 需保证陀螺输出光功率尽可能大。根据激光器的功率输出公式推导计算了使陀螺输出光功率最大的反射镜最佳透射率, 并进行了实验验证。理论计算和实验结果均表明, 采用最佳透射率反射镜能够有效提高激光陀螺输出光功率。

半导体激光抽运Dy：YAG黄光激光器17-22

摘要：报道了一种新型小体积的半导体激光端面抽运国产Dy∶YAG单晶的黄光激光器。根据Dy∶YAG激光晶体的特殊能级结构, 采用半导体激光抽运, 利用4F9/2→6H13/2的能级跃迁, 室温下直接获得582.7 nm的黄光激光。抽运源采用蓝光LD, 通过温控系统调节LD的工作温度, 优化中心波长至447.3 nm, 从而实现抽运光波长与Dy∶YAG晶体吸收谱线的较好匹配。在吸收抽运功率为1.4 W的条件下, 输出黄光激光的平均功率为56 mW, 最大单脉冲能量达到1.1 mJ, 对应的光光转化效率为4%, 斜率效率为5%。

基于光-光同步放大的时域整形技术23-28

摘要：在高能量抽运激光脉冲的传输与放大过程中，激光放大器的增益饱和效应会导致激光脉冲产生时域畸变，使输出激光脉冲无法保持其时域的平顶型分布。因此，需要对抽运激光脉冲进行时域预整形，以补偿放大器中的增益饱和。提出了一种基于光一光同步放大的时域整形技术来补偿增益饱和引入的时域畸变。该技术基于传统的放大模型，不受激光脉冲宽度的限制，操作简单，成本低廉。数值模拟结果表明，利用所提技术可以对激光系统的输入脉冲进行有效的时域整形，并且可以补偿增益饱和，从而获得时域平顶分布的输出脉冲。

中国激光杂志激光制造

移动脉冲激光刻蚀金属／聚酰亚胺数值模拟29-35

摘要：为了研究移动脉冲激光刻蚀单／双层金属／聚酰亚胺基复合材料的规律，利用有限元方法建立了移动纳秒脉冲激光刻蚀的通用模型，讨论了移动速度对激光刻蚀深度的影响，分析了金属铝薄膜和双层金属膜在移动脉冲激光作用下的温度变化规律。结果表明，当激光移动速率一定时，刻蚀深度开始时不断增加，但增加幅度逐渐减小，刻蚀深度逐渐趋于一定值，即达到最大刻蚀深度；金属与基底材料界面处的温度变化相较于金属薄膜靠近光源处的在时间上有一定滞后，基底温度在激光关闭后可继续上升；刻蚀双层金属膜时，下层选用较厚且热导率较大的金属薄膜有利于保护聚酰亚胺基底。

接触热导率对CFRTP／不锈钢激光直接连接温度场的影响36-44

摘要：为了提高碳纤热塑复合材料（CFRTP）／不锈钢激光直接连接（LDJ）数值模拟的准确性，在实验的基础上拟合得到接触热导率计算公式，建立了考虑界面接触热阻的三维有限元传热模型。理论仿真结果与实验结果的对比分析表明，与传统模型相比，热接触模型更符合实际情况，可用于表征夹具压力对激光连接效果的影响。在激光功率为339W、夹具压力为0．1MPa时，传统模型计算的相对误差为12．3％，考虑接触热导率的热接触模型则将相对误差降至2．8％。该模型对提高激光直接连接数值模拟的准确性和工艺参数的优化选择具有重要价值。

激光诱导背向湿式刻蚀蓝宝石过程中声发射信号检测试验45-52

摘要：利用声发射仪对脉冲光纤激光诱导背向湿式刻蚀蓝宝石的过程进行了试验研究。在激光诱导背向湿式刻蚀蓝宝石的过程中检测到的声发射信号包含丰富的特征信息；利用声发射信号的幅度、能量计数和撞击计数等特征参数对激光诱导背向湿式刻蚀蓝宝石过程进行表征；蓝宝石未被切穿时声发射信号表现为声发射事件少，幅度大（90～100dB），能量计数较大，撞击计数较小；蓝宝石被切穿后声发射信号表现为声发射事件多，幅度小（40～80dB），能量计数基本为0，撞击计数较大。

保护气对微合金C-Mn钢激光焊接接头组织和性能的影响53-60

摘要：通过微合金C—Mn钢的焊接试验，研究了不同保护气对激光焊接接头组织和性能的影响。结果表明，在相同的激光焊接热输入条件下，N2、Ar、空气三种保护气焊接均可获得全熔透焊缝，但N2气保护条件下焊缝区凹陷最为明显。焊缝区组织均以板条马氏体为主。空气环境下焊缝区形成少量针状铁素体，夹杂物数量明显多于N2和Ar气保护下焊缝的，且大尺寸的夹杂物比例较高。三种情况下，焊接接头的平均显微硬度和强度均高于母材的，但是空气环境下焊缝的平均硬度略小于N2或Ar气保护下焊缝的。

激光冲击强化对316L不锈钢熔覆层微观结构和性能的影响61-68

摘要：摘要研究了激光冲击强化（LSP）对316L不锈钢熔覆层表面显微硬度、残余应力以及微观结构的影响。结果表明，LSP后熔覆层表面的显微硬度和残余应力得到明显改善；微观结构发生明显变化，晶粒由柱状晶转变为等轴晶，晶粒得到细化；熔覆层自腐蚀电流密度降低，材料耐腐蚀性得到提高。

基于微流控技术的高效液相脉冲激光烧蚀法69-74

摘要：液相脉冲激光烧蚀法（PLAL）具有绿色环保、适用范围广及可制备复合材料等优点，受到学术界的广泛关注，但是较低的制备效率限制了它进一步发展。将微流控技术与液相脉冲激光烧蚀法相结合，在硅基微流控芯片中实现了快速高效制备晶格型（400-800nm）和球型（100～300nm）硅纳米结构。通过扫描电子显微镜和光谱仪对其形貌结构及分布情况进行了测试表征，获得了微流控流速、激光烧蚀功率与纳米粒子制备效率之间的关系。该方法将液相脉冲激光烧蚀法的最高制备效率提高了30％以上，达到87．5mg／min，为将来液相脉冲激光烧蚀法工业化生产提供一种新的技术路线。

基于金属3D打印的刮板输送机链轮修复技术75-82

摘要：为了修复矿用刮板输送机链轮，运用了金属3D打印技术在34CrNiMo6钢板材上进行打印试验，并对打印结果的金相组织、显微硬度及压痕、耐磨性进行了相关测试。试验结果表明，打印层硬度为基材硬度的2～3倍，且打印层耐磨性明显提高。展示了利用金属3D打印技术来修复链轮的整个工艺流程，通过使用三维激光扫描仪来扫描标准和磨损链轮并获得其点云，进而求得相应的链轮磨损量，并用三维建模软件CATIA及其二次开发对磨损量进行适当分层切片，以建立精确的数控程序来控制激光头对磨损链轮进行修复的路径。最终的打印以及铣削加工结果验证了该二次开发及数控程序的可行性。

光纤激光与GMAW-P复合焊接等离子体及熔滴过渡动态特征研究83-88

摘要：研究了高功率光纤激光与脉冲气体保护焊（GMAW—P）复合焊接中的等离子体动态行为、熔滴过渡模式以及电信号特征。结果表明，光纤激光焊接可以采用纯Ar气作为保护气体，GMAW-P电弧与光纤激光复合后会导致激光等离子体膨胀增大，电弧的弧长变短。比较电压概率密度可以看出，激光引导模式相较于电弧引导模式时的负载动态波动更为剧烈。

基于深度分层特征的激光视觉焊缝检测与跟踪系统研究89-100

摘要：针对自适应性低的焊缝跟踪系统在实际焊接环境中易受噪声干扰的问题，结合深度卷积神经网络强大的特征表达能力和自学习功能，研究了基于深度分层特征的焊缝检测和跟踪系统，该系统可精确地从噪声污染的时序图像中确定焊缝位置。为彻底解决焊枪依循计算轨迹运动所出现的抖振问题，设计了模糊免疫自适应的智能跟踪控制算法。实验结果显示，在强烈弧光和飞溅的干扰下，传感器测量频率达20Hz，焊缝跟踪精度约为0．2060mm，且焊接过程中焊枪末端运行平稳。该系统能实现焊缝平滑的实时跟踪，抗干扰能力强，焊缝轨迹跟踪准确，能满足焊接应用要求。

17-4PH不锈钢表面激光熔覆Stellite6涂层组织及耐水蚀性能101-108

摘要：为提高17—4PH不锈钢的耐水蚀性能，利用激光熔覆方法在其表面制备了Stelite6合金涂层。研究了涂层的微观组织形貌、相组成以及元素扩散行为，分析了涂层的硬度分布和耐水蚀性能。结果表明，Stellite6涂层微观组织由平面晶、胞状和柱状晶、树枝晶以及等轴晶组成，物相组成包括面心立方（FCC）结构的γ-Co固溶体和M23C6、Cr7C3、CoCx等，Fe、Co元素在基体和涂层间的扩散明显。Stellite6涂层的最高硬度为561Hv，平均硬度约为基材的1．4倍。多道多层熔覆时，搭接区存在软化现象，横向硬度分布出现周期性波动。在压力为80Mpa、温度为80℃、水流冲蚀时间为30h的条件下，基材表面发生了严重的材料破坏，而Stellite6涂层表面基本保留了初始形貌，涂层的耐水蚀性能相比基材的有了显著提高。

硼钢镀层对热成形激光拼焊板组织及性能的影响109-118

摘要：研究了不同Al-Si镀层去除状态下Usibor1500钢激光拼焊后和热成形后焊接接头的组织特征，并采用室温拉伸试验测试了热成形后焊接接头的力学性能。结果表明，拼焊后的焊缝区显微组织为粗大板条马氏体和在光学显微镜下呈白色不均匀的第二相，白色相随着去除镀层部位的增多而减少。接头拉伸断裂模式与焊缝中白色相的分布情况相关。镀层去除状态对激光拼焊板性能有着显著影响，上表面镀层的去除可显著提升接头性能；随着下表面镀层去除部位的增多，接头拉伸性能提升，且在上下表面镀层全部去除的情况下，接头的抗拉强度达到最大。

飞秒激光成丝制备毫米级深孔119-128

摘要：利用飞秒激光成丝效应对2mm厚的聚甲基丙烯酸甲酯材料在空气环境下进行打孔实验，总结光丝长度随飞秒激光平均功率的变化，利用扫描电子显微镜初步分析深微孔的表面形貌并测量孔径的大小，然后分析孔径、深宽比以及锥度随激光平均功率和加工时间的变化规律。研究结果表明，随着飞秒激光平均功率的增大，孔径大小和锥度均有着明显的增大趋势，且深宽比下降。随着加工时间的增加，孔径变大，深宽比下降，锥度先增大后减小再增大，但总体上呈现增大趋势。

脉冲激光冲击效应对定域电沉积铜晶粒及其表面形貌的影响129-135

摘要：为了研究脉冲激光冲击效应对定域电沉积铜晶粒及其表面形貌的影响，搭建了脉冲激光电化学复合沉积实验系统，并进行了理论分析和实验验证。对沉积过程中的冲击效应进行了检测，采用扫描电子显微镜观察沉积体的表面形貌。结果表明，利用脉冲激光与电沉积液的相互作用，可细化定域电沉积晶粒。此外，激光能量增大时，沉积体晶粒细化，宽度增大，沉积体表面形貌更加平整，内部气孔减少。