大功率盘形激光焊接飞溅动态识别和特征分析

提出了一种识别飞溅动态并基于飞溅特征分析焊接状态的方法.以304不锈钢板为试验对象,进行大功率盘形激光平板堆焊试验.利用高速相机捕捉紫外波段和可见光波段的飞溅图像,通过图像处理提取飞溅特征参数,包括质心位置、面积、灰度、平均灰度和半径.基于飞溅特征参数建立飞溅搜索信息库和相似度函数,用于识别飞溅、计算飞溅体积和灰度以及...     

大功率盘形激光焊飞溅特征分析

焊接过程的在线监控是保证激光焊接质量的关键, 为此, 首先要找到焊接过程传感特征量变化规律以及与焊缝质量间的关系. 飞溅是大功率盘型激光焊接过程中的一个重要现象, 其特征与焊接质量、焊接过程稳定性以及能量利用率等有着密切的联系. 以大功率盘形激光焊接304不锈钢为试验对象, 研究焊接过程中的飞溅特征. 在紫外波段和可见光波段应用高速摄像机摄取焊接过程中产生飞溅的瞬态特征, 通过计算机图像处理技术分析飞溅的数量、面积、行程和质心高度特征参量. 以焊件熔宽作为衡量焊接质量与焊接过程稳定性的因素, 对飞溅特征量进行线性和高次拟合, 研究飞溅特征参量的波动规律, 并与焊件熔宽的变化对比, 探索焊接过程的飞溅特征参量变化规律. 试验结果表明, 根据飞溅特征量变化规律能够对大功率盘形激光焊接304不锈钢板焊接质量做出动态评估, 为实现焊接质量的在线监控提供了试验依据.     

高性能9xx nm大功率半导体激光器（英文）

为了改善9xx nm高功率半导体激光器的性能,对n包层和p包层的掺杂分布进行了调整,以减小激光器的内部损耗。同时为了减小有源区载流子的泄漏,在有源区和波导层之间引入了高能量带隙GaAsP。设计并制作了内部损耗为1.25 cm^-1的高功率激光器。器件可靠性工作的最大输出功率为26.5 W。当输出功率为10.5 W时,最大电光功率转换效率为72.4%,斜率效率为1.16 W/A。     

悬空车轮形氮化镓发光二极管（英文）

减少器件的界面损耗从而提升其发光性能一直是发光二极管领域一个重要的研究热点。本文采用标准半导体工艺在硅衬底上制备了GaN基车轮形发光器件。采用各向同性湿法蚀刻工艺将器件悬空,比较并研究了悬空对器件的性能,包括光强、半高宽、波长漂移、3 dB带宽等的影响。由于减小了光损耗,在悬空结构中腔效应更加明显,器件的电致发光和通信性能得到了提升。本研究对电驱动光源的制备和可见光通信具有重要意义。     

单晶金刚石微杯形谐振子的激光刻蚀制造方法（英文）

基于激光刻蚀技术,提出了一种新型单晶金刚石微杯形谐振子的三维制造方法。由于高弹性模量、低热弹性阻尼以及较大的声波传递速度等优异的性质,单晶金刚石是一种理想的谐振子加工材料,但是金刚石硬度大且化学性能稳定,难以采用传统的加工方法成形加工。激光刻蚀因精度高,加工结构对称性好以及破损率低等特点,是一种较好的单晶金刚石加工方法。采用紫外激光加工机,研究了不同激光参数对单晶金刚石刻蚀质量的影响,通过合理设计微杯形谐振结构,规划激光刻蚀加工的轨迹,采用优化后激光刻蚀参数,实现了结构对称性较好的微杯形谐振子的加工,有望应用于高性能微杯形谐振陀螺。     

高温合金活性剂激光微焊接接头的组织性能研究（英文）

采用配方均匀设计法,配制了SiO2-MnO2-CaO-TiO2-CaF2-NaF多组元活性剂,利用微型脉冲激光器对500μm厚GH4169高温合金进行了活性剂激光焊接试验。分析并讨论了焊接接头的显微组织和力学性能。试验结果表明,与传统激光焊相比,所配制的20种活性剂均增加了焊缝熔深,并且其中F12系混合活性剂增加熔深能力最为显著,使焊缝深宽比增加了159%,证明通过使用活性剂来增加微激光焊焊缝熔深,降低高温合金板激光焊接的成本是可行的。在活性剂作用下,焊缝显微组织仍由柱状晶和等轴晶组成,接头抗拉强度达到927 MPa,为母材强度的92.7%。     

不同焊接位置对5A90铝锂合金激光焊接质量的影响（英文）

针对铝锂合金激光焊接产生的成形不良和气孔缺陷,探究不同焊接位置对焊缝成形及气孔的影响,并对比分析不同焊接位置熔池受力状态、熔融金属流动和小孔动态行为,解释缺陷形成及其抑制机理。研究发现:不同焊接位置熔池受力状态和熔融金属流动决定焊缝成形。平焊时焊缝成形差、下榻严重;横焊时背面焊缝不连续,有飞溅;立向上焊时背面焊缝内凹严重;立向下焊可得到最优焊缝成形和最优的气孔缺陷。焊缝气孔受小孔动态行为影响,不同焊接位置气孔随热输入的变化规律一致,气孔先增后减,在仅熔池透状态下有气孔最大值。立上焊时小孔不稳定,焊缝气孔多且分布杂乱;立向下焊时小孔稳定性高,气孔最少,主要分布在焊缝中心线上。     

飞秒纳秒脉冲激光微构造和掺杂单晶硅（英文）

在SF6气氛下,分别利用钛宝石飞秒脉冲激光与掺钕钇铝石榴石纳秒脉冲激光对单晶硅表面进行了微构造和重掺杂,以用于光伏材料。对制备的单晶硅表面微结构的形貌、结晶性和硫元素杂质含量与分布进行了研究。实验结果表明纳秒脉冲激光制备的单晶硅表面微结构的薄层电阻较小,缺陷密度较低(结晶性高),硫元素杂质含量较高且在表面分布的范围较广,深度较大(约1μm)。此外,材料的可见-近红外波段吸收率可接近80%。基于纳秒脉冲激光微构造的单晶硅的优异性能,在样品表面制备了有效光照面积达8cm2的太阳能电池。其中,最佳太阳能电池的串联电阻、开路电压、短路电流密度分别为0.5Ω,503mV,35mA/cm2,转换效率约12%。上述太阳能电池性能还可通过优化制备工艺进一步提高。     

公路超速检测激光测速仪研究（英文）

为了减少公路违章超速现象的发生,使交通安全监测体制更完善,设计并研制了一种可远距离工作的便携式激光多普勒测速系统.阐述了激光多普勒测速的基本原理和光束变换的实现方法,并利用双透镜类望远系统的结构搭建了用于公路超速检测的激光测速仪.理论分析与路边测试试验表明:该激光多普勒测速系统具有长工作距离和大景深的特点,并且可以较高精度获得车辆的行进速度.相比于传统激光测速仪,便携式激光多普勒测速系统提升了中心工作距离并增大了景深.新激光测速仪的中心工作距离为10m,景深为±1m,测速精度可以达到0.1%.     

高度方向性多光束有机激光（英文）

采用DFB分布反馈结构的有机激光由于其自身优点备受关注,而利用高阶布拉格反馈的多光束有机激光及其原理鲜有报道。不同于以往的低阶布拉格反馈形成单波导或单光束激光,本文通过在平面有机半导体波导引入高阶布拉格反馈分别制备了红色和蓝色多束有机激光器。利用四阶布拉格反馈和PVK∶DCJTI薄膜实现三光束红光激光器,出射角度为±53°和0.5°。利用五阶布拉格反馈和PS∶DSA-ph薄膜实现四光束蓝光激光器,出射角度为±18°和±75°。融合平面波导与光栅耦合的机理,研究了高阶布拉格光栅反馈与器件特性之间的关系。结果表明,理论计算的光束耦合角度和实际测试相符,结果在一定程度上为多光束有机激光器件的设计提供了参考。     

修复过程中盐渍化土壤的光谱特征分析（英文）

该研究跟踪山东东营盐渍化土壤(盐分主要以氯化钠为主)的微生物修复盆栽实验,分析研究修复过程中土壤理化性质的改良以及相应的光谱特征变化。基于对修复过程中不同阶段土壤盐分含量(SSC)和Na+,Cl-等理化指标的化学分析及其同步的光谱测试,采用平均值降维方法,相关系数与决定系数相结合的方式,通过逐步缩小采样间隔,分析了土壤在微生物修复过程中盐分和盐分离子含量变化及其光谱响应的最佳波段和特征。结果表明,土壤在不同处理的微生物修复过程中,全波段平均光谱反射率与SSC的变化趋势和幅度几近一致,与Cl-含量变化趋势和幅度完全一致。在光谱测试的全波段范围内,SSC及盐分离子含量与光谱反射率呈显著正相关,在近红外波段的反射率变化尤为显著。在此基础上,基于调整光谱采样间隔方法分析获得的盐分及其离子含量最佳光谱响应波段反射率,建立了土壤光谱反射率与盐分含量及其离子含量的关系模型。其中SSC的最佳响应波段1 370~1 445和1 447~1 608nm,Cl-,Na+的最佳响应波段分别为1 336~1 461和1 471~1 561nm,建立的模型其R2最高值达到了0.95,RMSEC,RMSEP最大值分别为1.076和0.591。不同处理的土壤微生物修复结果的显著性统计分析及其相应的光谱特征变化,充分显示了土壤盐分含量的光谱响应特征及其敏感性,对发展基于高光谱的土壤盐渍化快速分析诊断方法具有重要意义。     

机载激光测深雷达中大动态范围信号的多通道处理技术（英文）

为实现大动态范围信号的有效接收,设计了一种三路并行的信号处理架构,分别设置为低、中、高三种不同增益,以实现不同水深下不同幅度的回波信号处理.同时利用数据拼接方法以及一种基于五角函数和高斯函数组合的拟合算法综合处理三路数据并进行水深评估.基于Wa-LID回波仿真模型得到回波数据,验证多路并行处理架构的实用性.仿真结果表明,本文提出的多通道处理技术可测信号的动态范围达86.9dB,对应的最大测深为26m,测量偏差为1.6cm至4.7cm,标准差小于1.1cm.可有效应用于机载激光雷达测深系统.     

激光加速质子束空间电荷力研究（英文）

激光加速器可以输出具有独特品质的质子束,例如μm尺寸、ps脉冲长度和高峰值电流。强流粒子束的空间电荷力效应较强,对面向应用的束流传输提出了挑战。通过二维PIC模拟研究了激光加速后与质子速度接近的电子的影响。采用椭球模型估算空间电荷力的影响,比较不同电荷分布的差异。结果表明每束团质子数超过10¹⁰后空间电荷力显著影响质子束传输,甚至严重破坏束流品质。空间电荷力的影响在20 ps后显著减弱,离开靶约1.2 mm。     

超短脉冲激光诱导周期性表面结构（英文）

激光诱导周期性表面结构(Laser-induced periodic surface structures,LIPSS)具有纳米尺度的特征结构和自重复的微观尺度的排列图案,因此,LIPSS在传感器、太阳能发电、光催化等方面具有广泛的应用前景。本文首先介绍LIPSS形成过程中超快激光与物质相互作用的复杂过程,强调瞬态光学性质和表面结构变化的作用。然后综述几种具有代表性的LIPSS形成机理,并且讨论了各自的优缺点。接着介绍了LIPSS形成过程中材料的变化,主要包括材料化学成分、晶体结构和表面微观结构的变化。最后综述了LIPSS在材料表面处理、光学和机械等方面的应用。     

激光子光束干涉时空融合制导技术（英文）

由于采用传统编码方式的半主动寻的激光制导技术已经无法满足现代战争的需要,提出一种基于多子光束干涉的时空融合制导系统。将空间"水印密钥"编码信息与传统时序编码信息相结合,生成一种新型时空融合编码信号。所用激光器被等功率的分为N个子光束,从而根据子光束间良好的空间相干性生成具有一定规则的空域图样。计算结果表明,空间干涉图样具有独特的明暗相间特性;当发射系统的位置抖动精度小于0.1λ(λ为激光波长),角度抖动精度小于0.1θ0(θ0为光束发散角)时,发射系统的机械振动对制导系统的影响可忽略不计。该方法大幅度提升了半主动寻的制导系统的识别能力以及打击距离。     

激光诱导环氧玻璃钢等离子体电子密度测量（英文）

利用马赫曾德尔干涉测量系统采集到等离子体的激光干涉图像。为了提高数据处理的精度,应用了改进的数字式二次曝光傅里叶法从干涉图中获取了初始的缠绕相位,并采用改进的基于掩膜与枝切法的相位解缠算法对缠绕相位进行相位解缠。在对解缠相位做Abel逆变换后,得到了不同延时时刻下激光诱导环氧玻璃钢等离子体电子密度的空间分布。结果显示:测量得到的电子密度主要为1018 cm~(-3)数量级。实验表明,在记录的时间范围内激光等离子体的电子总数变化不大,且电子密度的变化与等离子体体积的变化大致成反比。     

可调谐二极管激光吸收光谱氟化氢检测（英文）

研究分布式反馈激光器的温度电流调谐特性及氟化氢气体在近红外波段的吸收线分布特征.利用归一化洛伦兹函数实现Voigt线型快速近似计算,并分析气体吸光度曲线的Voigt线型拟合以及波长扫描气体浓度反演算法.选择1.28μm附近氟化氢气体单根吸收线作为目标吸收线设计可调谐二极管激光吸收光谱系统,对已知标准浓度氟化氢气体配置的不同浓度气体进行测量.系统的检测限达到1.12ppm-m,且具有较高的测量准确度和长期稳定性,满足氟化氢气体实时在线监测的需要.     

热效应对纳米焊接界面结构的影响（英文）

采用分子动力学方法深入研究热效应对纳米焊接界面结构的影响。具体分析了碳管直径和时间的变化对界面结构的影响规律,并详细给出了1530K下的焊接过程。结果表明,除碳管(5,5)外,碳管(6,6),(7,7),(9,9),(11,11)中纳米线形成的时间分别为13.8,14.6,17.5,19.6ps。纳米线是由单根或多根Ni原子链组成,碳管(6,6),(7,7),(9,9),(11,11)中Ni原子链数分别为1,3,7和16。界面结构包括内部焊接和外部焊接。内部焊接的临界直径由碳管(6,6)决定,其值为0.814nm。在同一时刻,大直径的碳管可获得更大的外部接触长度。外部接触长度的增长速率随碳管直径的增加而增大,接触长度的最大增长速率可达0.013nm/ps。最后确定了界面结构形成临界温度,发现对于相同直径碳管,外部焊接的临界温度高于内部焊接的临界温度,临界温度与碳管直径无关。     

苝聚集体随机激光的近场散射增强（英文）

本文通过物理模拟发现苝聚集体纳米粒子有很强的近场散射.苝聚集体由异丁基取代聚倍半硅氧烷(POSS)苝(DPP)构成,其理论模拟得到的近场散射增强被实验证实.同时,由聚集体的二硫化碳溶液激发出相干随机激光.近场增强源自于通过化学键连接的POSS基团,相干随机激光源自于苝发射团.本文通过分子设计发展出一种新的随机激光体系,为后续一系列交叉研究打开了大门,相关交叉研究主要涵盖无序光子学的分子设计等领域.     

6H-SiC单晶的激光刻蚀及光谱分析（英文）

激光微加工是半导体精密加工的一个有效方法。对于碳化硅(SiC)单晶,使用紫外波段激光可以获得对入射能量最大的吸收效率。使用355nm全固态激光器对6H-SiC单晶进行刻蚀。同时将样品置于不同的介质下以探究最优加工条件。使用拉曼光谱表征激光刻蚀后的SiC表面。刻蚀后表面主要由无定形硅及纳米晶石墨组成,对于空气下刻蚀的SiC晶片,无定形硅主要分布于刻蚀坑的周围,刻蚀坑内较少。而在液体下刻蚀的样品,无定形硅的空间分布相反。通过分析残留在表面的物质,在另一角度研究了激光刻蚀的反应机理。对于液体辅助的激光加工,以往的研究主要关注液层的厚度及粘度,对液体还原性的研究很少。为确定液体还原性的影响,使用共聚焦激光扫描显微镜及能量色散谱检测了不同液体辅助加工样品的表面形貌及氧含量。结果表明,液体还原性在激光刻蚀过程中有着较大的影响,使用有着还原性的液体作为介质可以有效减少表面氧化并获得更规则的表面形貌。