重复频率激光辐照涂层金属材料的温升

 测量了重复频率YAG激光辐照涂层金属材料(30CrMnSiA钢和LF6M铝金壳体)的前后表面温度, 分析了不同频率激光辐照涂层壳体材料的温升特性。实验结果表明:在相同平均功率的条件下, 激光脉冲频率越高, 对材料的加热效率越明显, 重复频率激光对材料的加热优于连续激光。     

脉冲激光控制高超声速进气道来流捕获

针对高超声速进气道在非设计工况下来流捕获量减少的问题,进行了激光能量沉积控制来流捕获的物理建模和数值模拟,在连续激光能量沉积和脉冲激光能量沉积两种方式下获得了进气道的性能参数。激光功率为15kW时,脉冲重复频率越高,与连续能量注入情况下的进气道性能越接近。脉冲重复频率为100kHz时,计算了脉冲方波占空比为0.1,0.2,0.3和0.4时的进气道流场,结果表明:占空比对进气道性能的影响不大;激光脉宽为500ns时,保持激光平均功率不变,当频率为200kHz和100kHz时,流场结构与连续能量注入时类似,而当频率为500kHz和25kHz时的进气捕获量都有所降低,因此,提高激光脉冲重复频率的同时,降低平均功率,不仅可以有效增大来流捕获,还可降低能耗。     

红外光电探测器的激光损伤分析

分析了国内外有关红外光电探测器激光损伤阈值的大量测量数据。讨论了激光损伤探测器的机理以及目前尚未解决的问题。比较了高重复频率脉冲激光和连续波激光对探测器的损伤效果。分析表明 ,在相同平均功率的条件下 ,高重复频率脉冲激光与连续波激光相比 ,探测器损伤效果前者要比后者大得多     

强激光加热旋转薄柱壳的参量选择分析

为了把激光加热静止圆柱壳的实验测量结果应用到旋转圆柱壳的激光参量估计中,研究了旋转圆柱壳的激光加热效率。用积分变换法得到了旋转圆柱壳的温度分布,分析了最大温升点相对激光峰值强度点的滞后现象。基于静止圆柱壳和薄壳假设,导出了旋转圆柱壳激光加热效率及估计辐照时间的表达式。对于旋转金属圆柱壳,最大温升点相对激光峰值强度点的滞后角和激光加热效率取决于无量纲参量DR(柱壳半径R与束斑半径r0之比)、DL(横向热扩散尺度4ατL与束斑半径r0之比)及DM(加热时间τL与柱壳旋转频率fR的乘积)。达到相同的最大温升时,旋转圆柱壳的激光辐照时间和静止圆柱壳的激光辐照时间之间存在与激光功率无关的非线性关系,而激光功率决定了所需的绝对激光辐照时间。     

飞秒脉冲激光辐照FRAM诱发的毁伤效应及热演化

空间高能粒子辐照航天器电子器件诱发的毁伤和热演化特征,直接关系到航天器的在轨安全运行和在轨任务的顺利实施。本文利用自行构建的飞秒脉冲激光辐照系统、激光诱发毁伤的数据采集系统、数据读写系统和红外热成像系统,开展了不同激光输出重复频率、不同作用区域下辐照铁电存储器(FRAM)实验,获取激光辐照于铁电存储器被照面的稳态温度场和铁电存储器的暂态失效和永久失效出现时间,并观测了辐射效应对铁电存储器的毁伤效果,经MATLAB软件处理得到了激光辐照铁电存储器不同区域热演化过程的温度场分布。实验结果表明:在激光输出功率近似相同的飞秒脉冲激光辐照条件下,激光脉冲输出重复频率越低,诱发永久性毁伤出现时刻的时间越长,近似呈非线性增长;随着激光输出重复频率的增大,激光对铁电存储器的作用由激光电离存储器介质产生的高能带电粒子对铁电体自发极化的破坏为主,逐步转变为以热辐射与热应力诱发的毁伤;当激光在器件表面产生的最高温度接近存储器最高工作温度时,永久毁伤的出现时间将显著延长。并通过对回归参数的计算和假设检验,给出了回归参数的置信度1-α为95%的条件下激光辐照区域1与区域2的最高辐射温度与激光输出重复频率的拟合关系式。     

光斑尺寸对光学薄膜元件温升的影响

 实验测量了波长1 064 nm， 10 kHz高重复频率激光辐照下在白宝石、石英玻璃、K9基片上制备的Ta₂O₅/SiO₂高反膜的温度变化，有限元分析的结果与实验结果相一致。用ANSYS程序计算了不同光斑直径、相同功率激光和相同功率密度激光辐照下薄膜元件温升的变化。结果表明：相同功率激光辐照光学薄膜元件时，光斑大小只影响激光辐照点的温升，对基板温升没有影响。基板温升只与激光功率有关，激光功率越大，基板温升越大。相同功率密度激光辐照光学薄膜元件时，光斑越大，激光辐照点温度及基板温度均越高。从激光损伤的热效应考虑，小光斑激光辐照时，光学薄膜的激光损伤阈值较高。     

临近空间螺旋桨叶素非定常等离子体增效实验研究

基于等离子体诱导射流雷诺相似原则和螺旋桨叶素理论,开展了螺旋桨叶素地面风洞实验,比较了定常与非定常两种激励模式对螺旋桨拉力的影响,以及非定常模式下占空比、频率的影响。结果表明:相同电压幅值下,定常模式对螺旋桨拉力增效为9.8%,非定常模式对螺旋桨增效大于定常模式,非定常模式下最大增效20.4%。螺旋桨桨叶相对半径在0.4与0.85之间时,非定常等离子体流动控制对螺旋桨叶素拉力增效较好,将等离子体激励器布置在桨叶相对半径0.4与0.85之间可提高能量利用率。相同重复频率下,螺旋桨增效随着占空比的减小而增大,占空比为10%时,增效最大。相同占空比下,重复频率存在一个最优值,频率为30Hz时,等离子体对螺旋桨的增效最大。     

重频激光作用下碳纤维/环氧树脂复合材料热损伤规律

 运用热化学分析、扫描电子显微技术等手段，分析了碳纤维增强环氧树脂基复合材料在ms量级重频激光辐照下的损伤形式，研究了峰值功率密度、辐照时间、重复频率和脉冲宽度等对复合材料烧蚀规律的影响。研究结果表明：在激光辐照过程中，复合材料树脂基体在300 ℃开始裂解；由于裂解气体的保护作用，碳纤维不发生氧化，而是在汽化点（3 300 ℃）汽化烧蚀；复合材料热烧蚀率随峰值功率密度和重复频率提高而增大，随辐照时间增加而减小，最终均趋于定值；增加脉冲宽度可以提高辐照区峰值温度，降低碳纤维损伤的功率密度阈值。     

0.12mm不锈钢薄板光纤激光回转法打孔工艺优化分析

利用光纤激光加工系统对厚度为0.12mm的SUS304材料进行回转法打孔。通过正交实验方法分析了激光功率比、占空比、切割速度、重复频率、辅助气压等参数对打孔质量的影响。实验结果表明,激光打孔工艺最优参数组合是:切割速度为12mm/s,占空比为8%,重复频率为1.5kHz,功率比为85%,辅助气压为0.8MPa。在此优化参数下得到的最小打孔锥度为0.05°,且微小孔边缘热影响区较小,孔真圆度较好,可以保证较高的打孔质量。     

用于激光推进的高功率激光器的选择

 从激光推进的要求出发，阐述了用于激光推进的高功率激光器的选择原则，即激光器必须满足：（1）高的平均功率和峰值功率；（2）高的单脉冲能量；（3）高的重复频率；（4）优良的大气传输特性。主要分析了目前YAG固体激光器、自由电子激光器和TEA脉冲CO₂激光器的特点，通过上述4个方面性能的比较，认为在目前水平下，TEA脉冲CO₂激光器是进行激光推进的首选强激光源，其优点表现在：功率可达10kW量级，单脉冲能量可达0.5~1kJ，重复频率为20~40Hz；激光波长处于大气传输窗口，对大气变化不敏感；工作物质快速流动，不存在热透镜效应和破坏阈值；相关光学元件易于制造；光束质量较好；运行成本低。     

半导体泵浦铷蒸气激光器国内首次出光北大核心CSCD

采用体光栅对商用线阵半导体激光器进行线宽压缩,得到线宽0.1nm、中心波长780.2nm、最高连续输出功率80W的泵浦激光输出。为了降低热效应,通过外加斩波器将泵浦光转化为脉冲模式,脉宽440μs,占空比为1∶5。采用长度为5mm的铷金属饱和蒸气作为增益介质,并在常温下充入33kPa乙烷和47kPa氦气,进行了出光实验。在泵浦峰值功率35.4W,铷吸收池温度120℃时,得到峰值功率600mW的795nm铷激光输出,斜率效率为1.7%。     

二极管泵浦双掺杂YAG微片自调Q激光器

 利用激光二极管泵浦双掺杂YAG微片晶体，在连续泵浦时获得了重复频率为2.78kHz，脉冲宽度为6ns的自调Q激光输出。并通过预泵浦加脉冲调制电流的方法，实现可控重复率的自调Q脉冲输出。与外腔式自调Q微片激光器相比，这种一体化微片激光器具有更高的转换效率、更窄的输出脉冲宽度和更高的重复频率，同时结构更为简单紧凑，易于调整。     

Enhancement of pulsed laser ablation assisted with continuous wave laser irradiation

Continuous wave(CW) laser irradiation is employed to enhance the pulsed laser ablation of silicon and stainless steel(316 L)samples. Different surface temperatures generated by the CW laser irradiation are set as the initial working circumstance for the pulsed laser ablation. The diameter and depth of laser-ablated craters are measured to study threshold fluence, pulse incubation coefficient and ablation rate under different surface temperatures. Numerical simulation employing Heat Transfer in Solid and Deformed Geometry Interface modules in COMSOL is performed to estimate ablation rate theoretically based on Hertz-Knudsen equation. The realized crater-related data are analyzed to further obtain their dependences on surface temperature. The parametric and morphological studies indicate that the weakened plasma shielding effect and thermal diffusion in the ablated region induced by the CW laser irradiation lead to the enhanced pulsed laser ablation significantly.     

脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮等离子体特性研究

采用光栅光谱仪 对脉冲光纤激光修锐青铜金刚石砂轮过程中产生的等离子体空间分辨发射光谱进行了测量. 研究了500–600 nm波段范围内的等离子体空间发射光谱强度随激光平均功率和脉冲重复频率的变化情况. 结果表明: 等离子体辐射光谱强度在其径向膨胀方向上距离砂轮表面约2.4 mm处达到最大值. 在局部热力学平衡假设条件下, 根据等离子体中六条铜原子谱线的相对强度, 利用Boltzmann 图法, 计算得到在不同激光功率和重复频 率条件下的等离子体电子温度沿砂轮径向方向的分布规律. 实验结果表明: 在激光修锐青铜金刚石砂轮过程中, 距离砂轮表面约3 mm处等离子体电子温度出现峰值, 其温度最高可达4380 K, 且等离子体电子温度随着激光参数和 空间位置的改变呈现出不同的演变规律. 关键词： 脉冲光纤激光 等离子体发射光谱 激光修锐 电子温度     

Effects of particle size and laser wavelength on heating of silver nanoparticles under laser irradiation in liquid

Laser energy absorption results in significant heating of metallic nanoparticles and controlling the heating of nanoparticles is one of the essential stages of selective cell targeting. It is necessary to note that the laser action should be done by laser pulses with a wavelength that is strongly absorbed by the particles and it is important to select wavelengths that are not absorbed by the medium. Laser pulse duration must be chosen sufficiently short to minimize heat flow emitted from absorbing particles. Numerical calculations based on Mie theory were used to obtain the effect of laser wavelength and particle size on absorption factor for colloidal silver nanoparticles with radii between 5 and 50 nm. Calculations for acquiring temperatures under irradiations of pulsed KrF laser and pulsed Nd:YAG laser were performed. We showed that for low wavelengths of the laser, smaller nanoparticles have larger absorption efficiency compared to larger nanoparticles and in high wavelengths, temperature of all particles increased in the same way.     

Effect of duty cycles and repetition rates of QCW pumped LD on Nd:YVO<Subscript>4</Subscript> blue laser efficiency

High efficiency operation on 457 mm blue laser at room temperature in Nd:YVO₄ crystal pumped by a pulsed 808 nm diode-laser is reported in this letter. The influence of different pulse repetition rate and duty cycle on decrease of heat effect and increase of optical-to-optical efficiency has been deeply investigated. The maximum output power of 314 mW has been obtained at the pump power of 4 W. The corresponding optical-to-optical conversion efficiency 11.2% was obtained at the duty cycle of 70%.     

Performance of a diode end-pumped Cr,Er:YSGG laser at 2.79 μm

We present a diode end-pumped Cr,Er:YSGG laser at 2.79 μm operated in the continuous-wave (CW) and pulsed modes. Er³⁺ ions are directly pumped into the upper laser state ⁴ I _11/2 using a 967-nm diode laser, which avoids various nonradiative losses. The laser produces 50.2 mW of power in the CW mode. An average power of 169 mW is obtained at a repetition rate of 100 Hz and a pulse duration of 2 ms. The maximum laser energy achieved is 1.95 mJ at a repetition rate of 50 Hz, corresponding to a peak power of 970 mW and a slope efficiency is 7.6%. The far-field divergence angle of the laser is measured to be 8 mrad.     

二极管泵浦的2 μm高重复频率脉冲固体激光器

 报道了连续二极管端面泵浦2 μm高重复频率Tm,Ho:YLF激光器的实验研究结果。792 nm光纤耦合激光二极管作泵浦源，泵浦液氮制冷的Tm,Ho:YLF晶体。动态运转时，平均输出功率达到4 W，相应的能量抽取效率大于85%。采用声光调Q方式，重复频率1～50 kHz可调，10 kHz时，峰值功率达到12 kW，最小脉宽为32 ns。同时，还对二极管泵浦2 μm激光器设计中的各种因素进行了分析。