激光辐照金属板材的温升和升温率

从光子与声子相互作用机制出发,导出金属材料的能量吸收速度;解热传导方程,求出激光辐照下金属板材料的温度分布;讨论了激光辐照时间、材料性质等对金属板材温升和升温率的影响。     

激光加热金属板流固耦合数值模拟

 数值模拟研究了气流和激光辐照双重作用下的金属平板温度场。流体控制方程为3维雷诺平均N-S方程,固体控制方程为能量方程,湍流粘性系数求解使用k-ε两方程模型。采用流固耦合计算方法,使用动网格模型模拟气流的“冲刷效应”,较完整地模拟了激光辐照金属材料的物理变化过程,计算得到金属平板的温度分布及流场分布。结果表明:在较低气流速度及激光功率下,气流的冷却效应占主导地位;当气流速度和激光功率上升到一定程度后,气流的“冲刷效应”和冷却效应共同决定金属平板的温度分布。     

超短激光打孔中快速相变的格子玻尔兹曼模拟

采用双重分布函数的格子玻尔兹曼模型，对单脉冲激光金属打孔过程中的快速相变传热进行研究.模型考虑了金属材料熔化后熔体的流动换热，并采用浸没移动边界方案对过程中的固液界面进行追踪.采用纯导热模型和考虑对流的换热模型计算，将结果和试验进行对比，结果表明：在激光打孔过程中熔体的流动对相变传热产生较大影响，采用考虑流动换热模型的结果与实验更接近.进而对熔化速度、熔化深度以及温度场的变化进行分析，并探讨不同激光工艺参数对相变过程的影响.模拟发现一个脉冲结束后，激光的脉宽越大，孔深越小，孔径越大，且最高温度较短脉冲激光越低.     

激光-等离子体相互作用过程中离子发射的各向异性

用波长为1.06μm、强度为10~(12)～10~( 14)W/cm~2的激光辐照金属平面靶,在点状聚焦和线状聚焦方式下,离子发射速度及其动量呈现各向异性;通过分析低Z靶和高Z靶在不同能量的激光照射下的离子发射速度V_p和消融质量M,研究离子发射的定标规律.     

激光对金属铜微孔加工的热力学过程研究

采用纳秒激光脉冲对铜金属进行了打孔实验,对微孔形貌进行了观察并对其热力学过程进行了相应的分析。研究表明,微孔的形貌是由凹坑和周围隆起组成,坑深随着脉冲能量的增加而增加。热力学分析表明,激光辐照金属打孔需要两个基本条件：一是激光脉冲能量的沉积,使金属材料发生熔化、汽化以及电离等相变,使得材料更容易去除;激光等离子体作为二次热源会更有效把激光脉冲能量耦合到金属表面;二是激光等离子体的冲击波效应,这种效应会把发生相变的材料有效及时排出,从而有效形成微孔。     

飞秒激光诱导TiO2金红石相变的激光显微拉曼光谱研究

利用激光显微拉曼光谱仪研究了近红外飞秒激光脉冲诱导TiO2金红石晶体所引起的相变.实验发现当激光的脉冲功率为1.0μJ/脉冲时,随着飞秒激光辐照脉冲数的增加,金红石相的Eg模式强度增强,而A1g模式强度减弱,飞秒激光的非线性效应在晶体内部诱导产生了色心;当激光辐照脉冲数为2.5×106时,锐钛矿石相出现;随着激光辐照脉冲数的增加,锐钛矿相的拉曼振动模式强度增强,金红石相的拉曼振动模式强度减弱.     

飞秒强激光对二氧化钛金红石晶体相变的影响

该文章报道了利用显微激光拉曼光谱仪研究近红外飞秒强激光脉冲诱导二氧化钛金红石单晶所引起的相变.实验辐照时间为60s,当激光辐照平均功率增加时,锐钛矿相的拉曼振动模式强度增强,金红石相的拉曼振动模式强度减弱.通过金红石相和锐钛矿相粉体等拉曼光谱的实验,肯定了随着辐照激光功率的增大,.可以通过拉曼光谱中锐钛矿A1g B1g(515 cm-1)振动模式标志峰和金红石相Eg(445 cm-1)振动标志峰分别对应面积的比判断其相变量.     

纳秒脉冲激光沉积薄膜过程中的烧蚀特性研究

研究了高能短脉冲激光薄膜制备的整个烧蚀过程.首先建立了基于超热理论的烧蚀模型，然 后利用较为符合实际的高斯分布表示脉冲激光输入能量密度，给出了考虑蒸发效应不同阶段 的烧蚀状态方程.结合适当的边界条件，以Si靶材为例，利用有限差分法得到了靶材在各个 阶段温度随时间和烧蚀深度的演化分布规律及表面蒸发速度与烧蚀深度在不同激光辐照强度 下随时间的演化规律.结果表明，在脉冲激光辐照阶段，靶材表面的蒸发效应使得靶材表面 温度上升显著放缓；在激光辐照强度接近相爆炸能量阈值时，蒸发速度与蒸发厚度的变化由 于逆流现象将显著放缓.还得到了考虑了熔融弛豫时间及蒸发效应的固-液界面随时间的演化 方程，这一结论较先前工作更具有普适性. 关键词： 脉冲激光烧蚀 热流方程 温度演化 有限差分法     

强激光辐照下纳米晶体铜薄膜层裂破坏的实验研究

采用强激光辐照加载技术和激光速度干涉(VISAR)测试技术，对纳米晶体铜薄膜的层裂特性进行实验测量和分析.基于VISAR实测的自由面速度波形，计算得到纳米晶体铜薄膜在超高拉伸应变率下的层裂强度高达3 GPa，明显高于多晶铜的层裂强度, 其原因归咎于纳米晶体材料中存在大量晶界阻碍了位错运动.     

纳秒脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属液-固相变时间特性研究

从理论仿真计算方面开展了脉冲激光诱导CCD探测器铝层金属温升变化的液-固相变时间特性研究。通过傅里叶热传导方程计算仿真了纳秒激光诱导CCD探测器铝层金属材料的温升曲线,获得了铝层金属材料液-固相变起始时刻和液-固相变时间长度随激光脉冲峰值功率和激光入射角度的变化规律。理论计算结果表明,随着入射激光脉冲峰值功率增加,激光诱导CCD探测器铝层表面的最高温度逐渐升高,铝层材料的液-固相变起始时刻往后延迟,且液-固相变时间长度增加;随激光入射角度的增大,铝层表面的最高温度逐渐降低,液-固相变起始时刻不断前移,而液-固相变时间长度逐渐变短。研究结果表明,激光脉冲峰值功率密度和激光入射角对激光诱导CCD探测器的液-固相变时间特性有重要影响,对揭示纳秒激光诱导CCD探测器的热损伤机制有重要的理论意义。     

Transition Metal Dichalcogenides (WS_2 and MoS_2) Saturable Absorbers for Mode-Locked Erbium-Doped Fiber Lasers

We demonstrate an ultrafast fiber laser based on transition metal dichalcogenide materials which are tungsten disulfide(WS2) and molybdenum disulfide(MoS_2) as saturable absorber(SA). These materials are fabricated via a simple drop-casting method. By employing WS_2, we obtain a stable harmonic mode-locking at the threshold pump power of 184 mW, and the generated soliton pulse has 3.48 MHz of repetition rate. At the maximum pump power of 250 mW, we also obtain a small value of pulse duration, 2.43 ps with signal-to-noise ratio(SNR) of 57 dB.For MoS_2 SA, the pulse is generated at 105 mW pump power with repetition rate of 1.16 MHz. However, the pulse duration cannot be detected by the autocorrelator device as the pulse duration recorded is 468 ns, with the SNR value of 35 dB.     

Al原子共振双线跃迁几率实验研究

我们用Nd：YAG脉冲激光烧蚀金属Al靶产生等离子体，利用时间分辨技术摄取Al等离子体辐射时间分辨谱，获得Al原子共振双线辐射谱；通过积分谱线下的面积，计算共振双线强度；根据共振双线强度比，推断Al原子共振双线跃迁几率比，并与理论计算结果比较。结果发现，实验结果与理论计算符合的很好。     

Doping transition metal ions as a method for enhancement of ablation rate in femtosecond laser irradiation of silicate glass

We present a doping method to improve the femtosecond laser ablation rate and promote ablation selectivity. Doping transition metal ions, Co2＋ or Cu2＋, in silicate glass apparently change absorption spectroscopy and induce resonant absorption at wavelengths of 600 and 800 nm, respectively. Comparing with femtosecond laser processing of the same glass without doping, we find that the threshold fiuenee decreases and the ablation rate increases in resonant absorption in doped silicate glass. Resonant absorption effectively increases multiphoton ionization for seed-free electron generation, which in turn enhances avalanche ionization.     

矩形激光脉冲辐照下金属板材料温度分布研究

从光子与声子相互作用机理出发,导出金属材料能量吸收速率.利用格林函数和有限积分变换法求出有热源情况下的热传导方程的解析解,讨论了材料性质、板厚度对板内温度分布的影响.结果表明:矩形激光脉冲辐照下金属板材料温度分布具有波动特征,板厚度和板材料性质对温度波动频率有重要影响. 关键词： 激光辐照 能量吸收速率 温度分布 金属板材料     

激光辐照下卫星筒体部分多物理建模及毁伤效应分析

激光反卫星武器是干扰、破坏星载光电仪器设备或摧毁卫星平台的重要手段。基于Fourier的非稳态导热方程,结合靶材内部的实际结构和金属材料的高温特性,通过建模与数值仿真,实现了卫星筒体在激光辐照下毁伤的仿真过程,获得了典型工况下靶材的温度、熔化深度和内部应力分布等多物理变化规律。分析了不同功率密度的激光对靶材温度场和熔化速率的影响,以及靶材内部的应力耦合现象。分析结果表明:随着激光功率密度的不断升高,靶材的毁伤速率不断增加,但在相变处其熔化速率趋于稳定;同时,在典型工况下,由于应力耦合效应靶材会在极短的时间内超出许用应力值,发生损毁。     

金属蒸气激光G判据的进一步验证

将先前提出的放电激励金属蒸气自终止类型激光器高效运转的补充判据(G判据)从应用于中性原子激光介质推广至一价离子激光介质,取得了圆满的成功.对已知的17条一价金属离子自终止激光谱线进行鉴别,其中16条均符合G判据,1条不符合G判据的特例也给出了合理解释.进而对业已提出的212条可能的一价金属离子自终止激光谱线进行筛选,认为其中仅有69条符合G判据值得深入探索 关键词： 金属蒸气激光 G判据     

Mode-locked all-fiber laser with high stability based on cobalt oxyfluoride

Recent years have witnessed the exploration of fiber laser technology focused on numerous pivotal optoelectronic applications from laser processing and remote sensing to optical communication. Here, using cobalt oxyfluoride(Co OF) as the nonlinear material, a 156 fs mode-locked fiber laser with strong stability is obtained. The rapid thermal annealing technique is used to fabricate the Co OF, which is subsequently transferred to the tapered region of the microfiber to form the effective pulse modulation device. Co OF interacts with the pulsed laser through the evanescent field to realize the intracavity pulse shaping, and then the stable mode-locked pulse is obtained. The mode-locked operation is maintained with the pulse duration of 156 fs and repetition rate of 49 MHz. In addition, the signal-to-noise ratio is about 90 d B. Those experimental results confirm the attractive nonlinear optical properties of Co OF and lay a foundation for the ultrafast application of lowdimensional transition metal oxides.     

光学相位锁定激光在原子玻色-爱因斯坦凝聚中实现拉曼耦合

采用光学相位锁定环路技术将外腔反馈式半导体激光器锁定到与钛宝石激光器输出激光频率上. 锁定后两束激光的差频线宽从MHz降低到Hz量级, 同时两束激光的频率差可实现几百兆赫兹到7 GHz的精密调节. 锁定的两束激光作用在铷原子玻色-爱因斯坦凝聚的两个基态超精细态F=2, 1, 观测到在两个超精细态之间的拉曼跃迁. 该技术可用于超冷原子两个超精细态之间自旋轨道耦合.