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中国激光 2018年第12期杂志 文档列表

中国激光杂志激光器件与激光物理

2294 nm端面抽运ZnWO4拉曼激光器1-5

摘要：报道了一种采用ZnWO4单晶作为拉曼晶体的2294 nm拉曼激光器。使用激光二极管端面抽运Tm∶YLF晶体产生1899 nm的基频光,采用内腔抽运ZnWO4晶体,得到了2294 nm的一阶斯托克斯激光输出,最大功率为173 mW,最短脉宽为2.280 ns,最高峰值功率为25.292 kW,从实验上证实了ZnWO4作为红外拉曼晶体的可行性。

正弦调频下大带宽激光调频连续波测距技术6-12

摘要：基于激光调频连续波(FMCW)测距的原理搭建了双光路FMCW测距系统,用正弦调频替代了传统的线性调频,提高了扫频速率。研究了正弦调频下的FMCW测距原理,推导了正弦扫描的重采样公式,提出了信号拼接的方法来增大扫描带宽,并通过正交调制的方法消除拼接误差。实验结果表明,使用正交调制的方法拼接等光频重采样校正的信号后,频谱分辨力可达127 μm,接近理论分辨力。在3.3~4 m的范围内,所提方法的结果与参考干涉仪的误差不超过203 μm,标准差小于194 μm。

蓝光二极管抽运掺镨氟化钇锂晶体腔内倍频348.9 nm紫外激光器13-17

摘要：设计了蓝光二极管抽运掺镨氟化钇锂(Pr∶YLF)腔内倍频 348.9 nm紫外激光器。激光器采用Z型折叠腔结构,利用45°合光片将抽运功率为1.4 W的444 nm蓝光和抽运功率为1.5 W的469 nm蓝光进行激光二极管合光,并将其作为抽运源,抽运长度为5 mm、掺杂浓度(质量分数)为0.5%的Pr∶YLF晶体。将I类相位匹配的三硼酸锂作为倍频晶体,通过优化谐振腔镜膜系和腔型设计,在抽运功率最大时,获得了最大输出功率为132.2 mW、中心波长为348.9 nm的连续紫外光输出,抽运光到紫外光的光-光转换效率约为4.5%。

高功率直接液冷固体薄片激光器的设计与实验18-28

摘要：设计了一种新型高功率直接液冷固体薄片激光器,由数十至数百片透射薄片密集堆叠构成分布式增益系统,使特种激光冷却液在增益介质间的平板微流道内流动以实现薄片直接冷却,有效解决了传统高功率固体激光器中增益介质焊接于热沉引入的热致应力、焊接面变形等问题。对该激光器的腔内损耗、腔内像差等参数进行了优化设计。分析了影响光-光转换效率的关键因素,根据像差特点给出了光束质量控制方法。将20片薄片以特别角度密集堆叠构成增益模块,利用两个增益模块在稳腔和非稳腔中均实现了功率大于9 kW的准连续波(QCW)偏振激光输出,且这一实验室光源的体积小于0.4 m^3。

基于玻璃分相技术的大芯径掺镱光纤及其激光29-34

摘要：报道了一种基于玻璃分相技术制备大尺寸(直径为3 mm,长度为270 mm)掺镱(Yb^3+)石英玻璃芯棒,进而制备大芯径(纤芯直径为80 μm,外包层直径为400 μm)掺Yb^3+双包层光纤的新技术。实验测试了光纤的折射率剖面、Yb^3+吸收谱以及背景损耗,并演示了其激光性能。结果表明:该光纤的纤芯折射率分布均匀,数值孔径约为0.065;Yb^3+的掺杂浓度(质量分数)为1.22%,在976 nm处的吸收系数为6.5 dB/m,在793 nm处的背景损耗为0.03 dB/m;基于主控振荡器的功率放大器结构,光纤在976 nm半导体激光器抽运下实现了1080 nm激光输出,光纤长度为2.5 m,斜率效率达到78%,最大激光输出功率为300 W。玻璃分相技术为制备大尺寸、高均匀性有源石英玻璃芯棒提供了新的技术路径,在制备大芯径高掺杂光纤及具有复杂纤芯结构的有源光纤方面具有巨大潜力。

激光辐照PA2200材料3D打印件的表面浸润性35-40

摘要：通过248 nm KrF准分子激光辐照,可以快速地制备PA2200材料三维(3D)打印件亲水性表面,打印件表面接触角从120°减小至70°,且辐照后打印件相结构未发生变化。通过X射线衍射仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪等表征手段,进行打印件的表面形貌、微观结构、极性官能团种类和数量的变化分析及Cassie-Baxter模型分析,结果表明KrF准分子激光辐照PA2200材料3D打印件可以使打印件表面变得光滑,同时可以产生CO双键亲水性基团,改善并调控打印件表面浸润性。

车载激光捷联惯导系统初始对准可观测性分析41-47

摘要：对里程计辅助的车载激光捷联惯导系统(SINS)的动基座初始对准问题进行了可观测性分析。首先,考虑里程计刻度系数误差、惯性测量单元零偏、SINS安装误差角等系统误差项建立了系统方程。然后,从系统方程出发,将系统可观测性问题转化为判断系统状态量是否存在唯一解的问题,利用全局可观测性分析方法对系统状态进行了可观测性分析,并给出了一种系统可观测的充分条件。最后,根据可观测性分析结论设计了初始对准算法及在轨激励方式。通过扩展卡尔曼滤波器对里程计辅助的车载激光SINS初始对准进行了计算机仿真,仿真结果验证了理论分析结果的正确性。

被动调Q双腔双频Nd∶YAG激光器设计及实验48-55

摘要：为了获得峰值功率高、相干性好、频差大的双频脉冲激光,设计了一种二极管端面抽运被动调Q双腔双频Nd∶YAG激光器,该激光器采用共增益T型双驻波腔结构,腔内偏振分光棱镜和半波片组成的双折射滤光片作为激光纵模选择元件,并以Cr4+∶YAG晶体作为腔内被动Q开关,使1064 nm激光的p分量和s分量分别在直线腔和直角腔内同时以单纵模振荡,从而获得1064 nm正交线偏振双频激光脉冲输出。建立了被动调Q双腔Nd∶YAG激光器速率方程组,理论分析了双腔脉冲激光输出特性,实验研究了双腔双频脉冲激光的振荡特性和输出特性。实验结果表明:当激光二极管的抽运功率为2.7 W时,从直线腔输出的p偏振单频脉冲激光的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8 kHz、42 ns和126.4 W;从直角腔输出的s偏振单纵模激光脉冲的重复频率、脉冲宽度和峰值功率依次为5.8 kHz、40 ns和133.6 W。该双频脉冲激光的频差约为10 GHz。这种双频脉冲固体激光器在激光干涉测量和相干激光雷达探测等领域具有广阔的应用前景。

中国激光杂志激光制造

基于次级烧结区域调控的SLS制件控形控性研究56-63

摘要：提出了一种将中能量密度高速面域扫描粘接与高能量密度轮廓碳化分割相结合的复合扫描方法,并采用该方法及常规扫描方法对宝珠覆膜砂进行烧结实验;研究了烧结件的拉伸断口形貌、抗拉强度、成形精度和变形量,结果表明:复合扫描方法能有效去除次级烧结体,提高烧结件的精度及烧结初强度,减小后处理加热强化过程的变形量,最终获得了高精度、高性能的烧结件。

增材修复对激光沉积制造TC4组织与力学性能的影响64-70

摘要：采用激光沉积修复技术和电弧增材修复技术分别对预制损伤激光沉积制造TC4进行修复,然后对其进行不同的热处理,研究两种修复制件在热处理前后的组织和力学性能。结果表明:两种修复件的修复区均与基材形成了致密的冶金结合,无明显的热影响区;两种修复件的显微组织存在差异,激光修复区中的β柱状晶由基材延伸到修复区顶部,整体组织较为一致,而电弧修复区中出现了粗大的β等轴晶,晶内α相较基材的更细长;激光修复件的综合性能较好,其强度与塑性均高于TC4锻件标准,电弧修复件的强度与激光修复件的相当,但断面收缩率较激光修复件的低; 600 ℃退火处理对组织及性能的影响较小,而固溶时效处理能使α相明显粗化,大幅提升其塑性,且对强度的影响不大,可使制件获得较佳的强度/塑性匹配;两种热处理态修复件的拉伸断裂机制不同,激光修复件的断口表面布满大而深的韧窝,为韧性断裂,而电弧修复件断口上的颈缩不明显,韧窝较浅且起伏较小,表现为准解理断裂特征。

301L搭接激光焊接接头拉伸过程的弹塑性演变及断裂数值分析71-78

摘要：采用数值分析方法,研究了301L不锈钢不同厚度板的非熔透搭接激光焊接接头在拉伸过程中的弹塑性演变、应力分布和拉伸断裂行为。建立了激光焊件的有限元模型,模拟得到的焊件拉伸曲线与实验结果有较好的一致性;随着拉伸载荷的增大,焊接试样塑性变形从靠近焊缝界面的母材向焊缝界面和母材两个方向扩展。随着焊缝熔宽/板厚比的增大,焊接试样的塑性应变区从焊缝界面附近逐渐扩展到母材内,拉伸断裂位移随着塑性变形区的增大而增大。当焊缝熔宽与板厚之比大于0.75时,焊件的断裂位移量大于5 mm,焊件有较高的断裂强度,激光焊缝的剪切断裂强度约为794 MPa。

超声振动对激光熔覆及固溶时效Ti6Al4V合金组织和性能的影响79-84

摘要：研究了激光熔覆沉积Ti6Al4V过程中超声振动对其沉积态及固溶时效成形件微观组织和力学性能的影响。研究结果表明,沉积时超声振动可减小成形件的表面粗糙度和残余应力,使β柱状晶得以细化,成形件强度和延伸率略有升高。成形件经过固溶时效处理后,形成了由等轴α相、网篮片状α相和转变β相组成的混合组织,但晶粒仍然较小,延伸率较高,塑性大幅提升,强度有所降低,综合力学性能超过了锻件标准。

氦-氩混合保护气体对铝合金激光-MIG复合焊接特性的影响85-90

摘要：研究了氦-氩混合保护气体对铝合金激光- MIG复合焊熔滴过渡行为及焊缝气孔缺陷的影响,结合焊接过程中匙孔的动态特征,分析了气孔缺陷得到抑制的原因。结果表明,采用氦-氩混合保护气体时,焊接过程匙孔更加稳定,焊缝气孔率得到有效降低。当氦-氩混合保护气体中氦气体积分数为50%时,熔滴过渡形式由射滴过渡转变为短路过渡,焊缝气孔率约为1.0%,相比于纯氩气保护时降低了80%;继续增加氦气,对气孔的抑制并无显著效果。纯氦气时,焊接过程中产生大量飞溅,焊缝表面成形差。

飞秒激光直写实现氧化锗玻璃内部光调制91-98

摘要：利用脉宽和重复频率可调的超快激光系统,研究了氧化锗玻璃内部自组装纳米光栅的结构特点和关键影响因素。确定了氧化锗玻璃中纳米光栅的形成阈值,发现其与材料的带隙及激光的脉宽有关。在优化加工参数的基础上,利用纳米光栅的双折射特性,在氧化锗玻璃内部实现了光学微元件,并演示了其功能。分析了飞秒激光的重复频率对纳米光栅的形成和结构性能的影响,发现氧化锗玻璃中纳米光栅的双折射强度具有反常的偏振依赖性,并分析了这种现象出现的原因。

高速激光电弧复合焊接高强钢焊缝的形貌及成形机理99-107

摘要：以3 mm厚高强钢为试验材料,采用光纤激光-熔化极稀有气体保护焊电弧复合焊接方法,研究了焊速为5 m·min-1时激光功率与电弧电压对焊缝形貌的影响,并与低速焊接中厚板得到的焊缝形貌进行了比较。研究结果表明,增大电弧电压和激光功率均能提高焊接过程的稳定性,获得良好的焊缝成形。在不同的热源位置下,焊缝形貌会出现浅“Y”型和深“Y”型的区别。通过高速摄影发现,当激光前置时,熔滴尺寸较大,且过渡时易发生汽化爆炸,对熔池的冲击较大;当电弧前置时,匙孔稳定存在,液态金属能沿着孔壁向下流淌,增大熔池底部面积。在低速焊接中厚板时,由于焊接线能量及工件的表面张力存在差异,焊缝形貌与高速焊接薄板时得到的形貌不一致。

医用不锈钢激光合金化铜钴合金的组织及其生物医学性能108-115

摘要：在医用不锈钢中加入适量的过饱和铜离子后形成的含铜不锈钢,具有较好的生物功能。用激光合金化方法代替传统的热处理合金化方法,在不锈钢的表面形成铜钴合金层,探索一种以上的合金元素同时存在于合金层中的可能性。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析了合金层显微组织的结构特征。通过大肠杆菌实验验证了合金层的杀菌功能,通过盐水腐蚀实验分析了合金层的抗腐蚀能力。结果表明:当激光功率为600 W、扫描速度为400 mm/s、预置厚度为500 μm、搭接率为35%时,用铜钴质量百分比为1∶1的混合粉末制成的合金具有稳定的表面金相组织,其杀菌能力以及耐腐蚀性能较好,且合金层的硬度较基体高约20%。激光合金化方法可以代替传统合金化方法进行生物功能化医用金属的制备。

激光立体成形Inconel 718镍基高温合金δ相析出规律116-124

摘要：通过激光立体成形得到了Inconel 718合金沉积态和固溶态试样,研究了时效温度及时效时间对δ相尺寸、形貌和体积分数的影响。结果表明,沉积态试样δ时效处理时,δ相首先在枝晶间的Laves相周围以短针状的形态析出,不形成长针状的穿晶δ相;固溶态试样δ时效处理时,在890 ℃下长时间时效处理可形成穿晶的δ相,而950 ℃下时效处理时δ相只在晶界处以短棒状析出。固溶态试样δ相析出的孕育期延长,且时效结束后形成的δ相体积分数较小。沉积态和固溶态试样中δ相的析出表观激活能分别为1917 kJ·mol^-1和1867 kJ·mol^-1。

激光选区熔化成形TiB2增强S136模具钢125-134

摘要：利用激光选区熔化(SLM)工艺成形TiB2/S136复合材料,研究了激光体能量密度η对SLM成形试样致密度、微观组织及力学性能的影响。采用X射线衍射仪、场发射扫描电镜、透射电镜等研究成形试样物相成分、表面形貌及微观组织。结果表明:当η过低时,粉末熔化不完全,形成大量残余孔隙;而当η过高时,受热应力影响,成形试样存在微裂纹。当η=66.7 J/mm^3时,成形试样表面缺陷少,致密度高达97.3%,存在细化的、分布均匀的等轴晶,其平均显微硬度高达742.4 HV0.1,平均摩擦系数和磨损率分别为0.5593和0.272×10^-4 mm^3·N^-1·m^-1,耐磨性能优异,抗拉强度达到1051.3 MPa,延伸率为5.84%,塑性较好。因此,SLM成形TiB2/S136复合材料的最佳η为66.7 J/mm^3,η过高或过低,均会严重影响TiB2/S136复合材料的致密度及力学性能,该研究为SLM成形高性能模具钢材料提供了有益的理论和工艺借鉴。