基于响应曲面法的激光透射连接聚合物工艺参数优化

激光透射连接以其快速、精确、柔性、较强环境适应性的局部连接和封装工艺,在工业、医学领域具有良好的应用前景。应用Dilas公司Compact130/140型半导体激光器对聚碳酸酯薄板进行了激光透射连接实验。使用响应曲面法进行实验设计,建立激光透射连接工艺参数的数学模型,并进行优化与分析。讨论了激光功率、激光扫描速度、模具压紧力、扫描次数等激光加工工艺参数对连接强度和接头连接区域宽度的交互影响趋势。结果表明,激光功率与激光扫描速度交互影响较大;增加激光功率,减小激光扫描速度,增加模具压紧力与扫描次数有利于提高连接质量。     

镀钛玻璃与PET之间的激光透射连接及其性能

激光透射连接具有生物相容性的异种材料在生物医学植入体及其封装中具有良好的应用前景。利用半导体激光器对镀钛玻璃与聚对苯二甲酸乙二酯(PET)进行激光透射连接试验,其中玻璃上镀钛薄膜是通过射频磁控溅射方法完成的镀膜。通过单因素工艺研究了主要工艺参数激光功率、扫描速度和镀钛薄膜的厚度对连接强度的影响,并探讨了玻璃基片的表面粗糙度对镀钛薄膜粗糙度以及其连接强度的影响。通过搭接剪切试验得到镀钛玻璃与PET之间的连接强度,采用真彩共聚焦材料显微镜对拉伸失效后的试样表面进行观测和失效分析,使用X射线光电子能谱(XPS)检测激光透射连接过程中镀钛玻璃与PET之间化学键的形成信息。结果表明:主要工艺参数激光功率、扫描速度对连接强度有着重要影响,增加玻璃基片的粗糙度和镀钛薄膜的厚度可以提高其连接强度,为激光透射连接镀钛玻璃与聚合物提供了参考。     

基于响应曲面和遗传算法-人工神经元网络的热塑性塑料激光透射连接强度的优化

采用旋转中心复合设计进行了激光透射焊接热塑性塑料聚碳酸酯的实验设计,分别建立了响应曲面法和基于遗传算法的人工神经元网络法的数学模型,运用这两种数学模型建立激光透射焊接工艺参数(激光功率、扫描速度、夹紧压力、扫描次数)和连接强度的关系模型,然后使用这两种模型分别预测了连接强度,并优化了焊接工艺参数。系统地比较了两种模型的建模能力、泛化能力和优化能力。实验结果表明,两种优化方法的试验结果较接近,但是基于遗传算法的人工神经元网络的建模、泛化和预测的准确性比响应曲面的要好,因此遗传算法-神经元网络是优化焊接质量的一种更有效的方法。     

基于遗传算法-响应曲面方法的激光透射焊接聚碳酸酯工艺的多目标优化

采用旋转中心复合设计进行激光透射焊接热塑性聚合物的试验规划,运用响应曲面法建立焊接工艺参数和焊接强度、焊缝宽度的关系模型,采用满意度函数和遗传算法相结合,对焊接强度、焊缝宽度和焊接成本进行了多目标优化及优化结果的验证。结果表明,优化的预测结果和实验结果取得了较好的一致性,可以为提高焊接质量和降低生产成本提供有效的指导。     

聚丙烯塑料激光透射焊接工艺

利用正交实验方法,研究了聚丙烯(PP)塑料的激光透射焊接工艺参数对焊接质量的影响。对焊接样品进行拉伸测试和切片实验,分析了各焊接因素对拉伸强度和焊缝宽度的影响。结果表明,各焊接因素对焊接强度的影响大小顺序为:焊接速度→激光器的频率→焊接后冷却时间→夹具的夹紧力→光斑直径→激光器功率,并发现激光能量密度过高会导致样品表面焦化形成黑色焊缝,焊缝不均匀则产生伪断裂现象。并用极差法确定了聚丙烯的最佳焊接工艺参数。     

基于响应面法的聚苯乙烯粉末选择性激光烧结成型工艺参数优化

以聚苯乙烯粉末为实验材料,以尺寸精度作为评价指标,研究了激光功率、扫描间距、单层厚度、扫描速度及它们的交互作用对选择性激光烧结制件成型精度的影响,通过响应面法建立了工艺参数与尺寸精度之间的数学模型,得出了最优的工艺参数。研究结果表明,尺寸偏差率随激光功率与扫描速度的增大而减小,随单层厚度的增大先增大后减小,随扫描间距的增大而增大;激光功率和单层厚度及扫描间距和单层厚度的交互作用对尺寸偏差率影响较显著;响应面预测值与实际值最大误差低于7%。     

聚氯乙烯激光透射焊接温度场的有限元模拟

使用ANSYS软件,建立了使用激光透射焊接技术焊接透明聚氯乙烯(PVC)的三维有限元热分析模型.利用APDL编程实现高斯型热源的动态加载,得到了温度场的分布;进一步分析了焊接速度、激光平均功率和光斑直径等工艺参数对焊接质量的影响,并计算出焊缝宽度.结果表明,随着焊接速度的增加,焊缝区域的最高温度逐渐降低,焊缝宽度逐渐减小;当激光平均功率增大时,焊缝区域的最高温度增高,焊缝宽度增大;而当光斑直径增大时,焊缝宽度增大,但焊缝处的最高温度有所下降.焊缝宽度计算值与实验测量值相比,二者比较吻合.     

聚碳酸酯激光透射焊接工艺及性能研究

在激光塑料透射焊接理论的基础上,采用半导体激光器焊接聚碳酸酯(PC)塑料薄板,研究了激光焊接热塑性塑料的可行性。设计并确定了激光透射焊接的实验方案,包括激光器和焊接材料的选择。通过微观金相实验分析了焊接因素对焊接质量的影响。通过正交实验法研究了激光功率、焊接速度、炭黑含量对焊接质量的影响。结果表明对于聚碳酸酯材料而言,激光功率是影响焊接质量的首要因素,其次是焊接速度,最后是炭黑含量。     

选择性激光烧结聚苯乙烯工艺参数耦合作用研究

以聚苯乙烯粉末为原料,采用选择性激光烧结技术成型H型梁,探讨了激光功率、扫描速度、单层厚度、扫描间距耦合作用对收缩率的影响。结果表明：工艺参数耦合作用对收缩率具有较大影响,通过多工艺参数协同控制,可以减小H梁收缩率,这对SLS聚苯乙烯结构的精确成型具有重要意义。     

激光无线能量传输效率的实验研究

为了提高激光无线能量传输系统的转换效率,基于单结GaAs光电池的工作原理,用调节照射光电池的激光参量的方法,从理论上对激光无线能量传输系统的有关部分进行了优化设计,并通过实验研究了激光波长、激光强度等因素对光电池能量转换效率的影响。结果表明,单结GaAs光电池对单色激光的光电转换效率远高于传统的单晶硅电池,最高转化效率可达61.2%。该结果对于激光无线能量传输技术的应用具有一定参考价值。     

激光表面改性技术在钛合金上的应用研究

激光表面改性技术是新兴的一种表面改性技术,本文从激光重熔、激光合金化和激光熔覆技术三个方面综述激光表面改性技术在钛合金上的应用研究,并对今后的研究方向提出了建议和展望。     

大气激光通信中传输能量损耗分析的应用研究

对大气激光通信中的光传输能量损耗进行分析,着重讨论了造成接收端光功率损耗的几个主要影响因素,并做了综合性的计算机仿真,得到发射功率一定的情况下发射天线轴向偏焦和收发天线系统间横向偏移取不同量值时接收端光功率的变化。在损耗分析的基础上,文章探讨了接收端满足最低光功率条件下,偏焦和偏轴相互间的关系,提出通过调节发射天线偏焦来改善远距离接收端天线捕获的方法。在发射功率为10000 mW,距离为10 km,接收端光功率阈值为50 mW的情况下,发射天线未偏焦时收发天线系统间的允许最大偏轴量为495.9 mm;当焦点偏移6.69 mm,允许最大偏轴量达到最大值为628.5 mm,与未偏焦的情况相比增加了26.74%,满足接收端光功率要求下收发天线系统间允许横向偏移区域的面积增加了60.63%,这有效地降低了大气激光通信中远距离接收端捕获的难度。     

模具半导体激光强韧化工艺研究

为了研究模具材料半导体激光表面强韧化工艺,采用半导体激光表面淬火工艺,进行了7CrSiMnMoV,Cr12MoV,CrMo铸铁等典型模具材料半导体激光淬火的工艺研究,得到了不同模具材料优化的激光工艺参量。结果表明,激光表面淬火后的硬度满足模具材料的使用要求。这一结果为激光模具表面强韧化处理提供了可靠的保障。     

激光大气传输特性及其回波信号仿真研究

基于Rayleigh散射和Mie散射理论,利用已有的中光谱分辨率大气辐射传输模式(MODTRAN)数据及参考模式大气(RMA)数据资料,对355 nm、2 μm、10 μm激光信号的散射、消光、透射等大气传输特性进行了仿真和比较。同时利用高斯函数分析了355 nm波长处的Rayleigh和Mie回波信号光谱分布,并模拟了不同高度处的大气回波信号光谱。结果表明:与2 μm、10 μm相比,355 nm波长的激光信号的散射特性较好;其在大气中传输时,衰减严重,适用于晴空大气;该波段的多普勒测风激光雷达接收到的回波信号在底层以Mie信号为主,高层以Rayleigh信号为主;综合考虑各种因素,选用355 nm作为星载多普勒测风激光雷达的工作波长。     

532 nm激光在雨中传输衰减模型的改进及实验

目前国内外研究激光在雨中传输的衰减问题时主要有两种模型:散射模型和遮挡模型。但是遮挡模型在处理位于激光器视场近端的大尺寸雨滴时存在理论缺陷,而散射模型对于视场远端的雨滴多次散射问题的计算量过于庞大。提出了一种基于接收端雨滴投影圆面积判据的雨滴衰减模型改进算法,对接收透镜视角内出现单个雨滴全遮挡的情况进行了修正。并且采用MATLAB对模型进行了仿真分析,得到改进的衰减模型与散射模型和遮挡模型的衰减曲线对比图。最后,通过自然雨场实验验证改进理论算法的精确度,结果表明:传输距离在100 m且降雨量为1.2 mm/h时,改进的理论模型相比较原遮挡模型精度提高了54.6%,说明上述改进算法能够提高雨滴衰减模型的精确性。该项目的研究为蓝绿激光大气通信探测技术的发展提供了一定的理论支撑。     

Optical transmission research

The availability of coherent sources producing usable amounts of power in the optical frequency range has stimulated considerable research in optical communications. Devices such as oscillators, modulators, detectors, and ancillary apparatus having desirable characteristics exist and are being used to design and build prototype terminals. Two possible media are being studied and means are being sought to improve their performance. They are 1) through-the-atmosphere propagation and 2) enclosed media with appropriate focusing and directing elements. Experimental optical transmission systems can readily be assembled with information capacities in a single RF channel comparable to those of microwave radio or millimeter waveguide. Such optical systems are not yet competitive for high reliability common carrier service because 1) long-distance transmission techniques of adequate reliability have not yet been advanced, and 2) optical repeater components are not yet competitive with their lower frequency counterparts. Some features characteristic of optical transmission systems are reviewed in this paper, along with a brief indication of the state-of-the-art for major components.     

飞秒激光加工聚苯乙烯中的缺陷形成原因

飞秒激光加工是一种高精度加工手段,加工中形成的缺陷对其适用性具有重要的影响。本文开展了聚苯乙烯飞秒激光加工试验,研究了聚苯乙烯在飞秒激光加工过程中的缺陷形成机理,以及光强、速度和环境等加工参数对此类缺陷形成的影响,最后得出了对材料形貌影响最小的加工条件。本研究对于指导聚苯乙烯的飞秒激光加工具有重要的意义。     

基于FPGA的远距离实时传输接口设计

为满足对弹载雷达回波信号、图像及遥测数据的高速、高容量、远距离、低功耗、高可靠性等特点的要求.地面测试台采用LVDS接口,运用FPGA对雷达获取信号数据进行处理与存储,通过USB接口将数据上传到计算机实现数据分析与实验.实验结果表明,该方案的传输速率600 MBps,很好的满足了对雷达获取信号的数据发送和接收的速度要求.     

激光传能协同信号传输下的太阳能电池性能测试

激光无线能量传输在为远距离设备供能方面有着潜在的应用前景,在激光无线传能的同时进行激光无线通讯,具有重要的应用价值。针对砷化镓太阳能电池,对激光传能系统在无线能量传输时激光无线通讯性能进行了测试。实验采用波长808 nm激光实现砷化镓太阳能电池的能量传输,采用波长650 nm激光作为信号的传输,分别对单能量传输、单信号传输以及能量和信号同步传输三种情况下的砷化镓太阳能电池的输出特性进行了测试。结果表明:当单能量传输时,太阳能电池的性能与激光功率密度的大小密切相关,激光功率密度在54.9~90 mW/cm2范围内光电转换效率最大值为46.6%;当单信号传输时,通过测量系统的频率响应得到砷化镓太阳能电池的3 dB带宽约为3.7 kHz,并通过设计放大电路提高系统的通信性能,优化输出波形,使得系统的通信速率从10 kbps提升至240 kbps,输出电压峰峰值达到7.2 V。最后实验测量了不同激光强度下可实现的通信速率,当激光功率密度为59.5 mW/cm2时可实现140 kbps的通信速率,使得激光充电系统在无线能量传输下可以进行信号的传输。