微水射流导引激光打孔的传热分析

微水射流导引激光加工是一种热影响区小,具有高加工精度的新型技术.本文基于有限体积法建立了微水射流导引激光束对硅片打孔过程的传热模型,将打孔过程分为三个阶段模拟其间的热量传递、相变过程和相边界的移动;探索了微水射流导引双脉冲激光打孔过程,进行了双脉冲不同延迟时间下的传热过程的数值模拟,得到了最佳延迟时间.结果表明:在初始...     

复杂激光脉冲波形的整形

介绍了用时空变换的方法对激光脉冲整形的原理；提出了由于硬边光通量调制器引入的动态的光脉冲强度空间分布的不一致性及其克服的方法，理论上用二维快速傅里叶变换（ＦＦＴ）进行了验证；最后计算了系统光强透过率和光束焦斑大小，调制狭缝宽度的关系，为了显示本系统的复杂脉冲整形能力，在实验上获得了惯性约束核聚变（ＩＣＦ）感兴趣的复杂激光脉冲波形。     

钛合金纳秒激光打孔数值模拟和实验研究

为了描述纳秒激光对钛合金打孔过程中孔的形貌及温度场的变化规律,建立激光打孔的物理模型,利用ANSYS中APDL语言进行编程,对温度场进行仿真分析,并利用单元生死技术模拟孔形貌的变化过程。从有限元数值模拟和实验两方面综合分析比较了激光工艺参数(脉冲能量和脉冲数量)对打孔质量(孔深和孔径)的影响,系统论述了钛合金纳秒激光打孔的一般规律,以达到工艺参数优化,提高打孔质量的目的。     

大功率高能脉冲激光电源设计

根据YAG激光器对大功率高能量脉冲电源的应用需求,设计了一种大功率脉冲激光电源,可实现高脉冲能量重复频率输出及充电电压灵活调控。前级充电网络采用串联LC谐振变换器,后级脉冲形成网络选择晶闸管触发LC放电电路。最终,研制了1台7 kW实验样机,最大重复频率10 Hz,最高充电电压2.2 kV,可实现单脉冲最高700 J电能输出,满足大功率高能脉冲输出的应用需求,实验测试结果验证了设计的可行性。     

高功率激光系统中的脉冲整形

一台脉冲整形器,完成对调Qns激光脉冲的整形,输出1ns主脉冲,上升和下降时间<400ps.在测试仪器精度极限范围内,主脉冲与诊断短脉冲同步的时间抖动<100ps.     

不同波形脉冲激光的时域误差对相干合成的影响

相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.然而, 脉冲激光阵列中常常存在时域误差,这将影响脉冲激光的相干合成效果. 建立了脉冲激光存在时域误差时的相干合成理论模型,并在不同波形(方波、三角波、正弦波) 的脉冲激光存在时域误差时,对相干合成光束在远场的脉冲波形、峰值功率、 光强分布和桶中功率(PIB)等特性进行了数值计算和对比分析.计算结果表明: 方波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形受时域误差影响严重,光强分布和PIB随着时域误差 的增大发生线性变化;三角波脉冲激光相干合成光束的脉冲波形和峰值功率受时域误差 影响严重,光强分布和PIB在时域误差较大时随着时域误差的增大发生较为剧烈的变化; 正弦波脉冲激光相干合成光束具有较好的输出特性,在两路正弦波脉冲激光相干合成中, 将两脉冲之间的时延控制在脉冲持续时间的10%以内,就能取得良好的合成效果.     

红外激光心肌打孔的理论模型和实验验证

根据激光与心肌组织的作用规律和热力学理论建立了红外激光心肌打孔的理论模型,推导出红外激光心肌打孔的深度和打孔时间之间的定量关系.并用100 W连续输出的CO2激光在猪的心脏上进行了激光心肌打孔实验,实验结果和理论推导结果在一定范围内能够较好地吻合.     

脉冲半导体激光器时基脉冲的实验对比测量

以脉冲半导体激光器为例，对3种测量激光脉冲时基抖动技术进行了对比实验。这3种测量技术分别是：基于宽带取样示波器的时基抖动测量技术;基于相位比较检相器的相位噪声测量技术和基于频谱仪的谐波频谱分析技术。对比研究发现：基于宽带取样示波器的时基抖动测量技术适用于脉冲宽带及脉冲抖动较大的光脉冲；基于频谱仪的谐波频谱分析技术适用于低重复频率光脉冲的抖动测量；基于相位比较检相器的相位噪声技术测量精度高、动态范围大、结果可靠，对于高重复频率的超短光脉冲，建议选用相位噪声测量技术测量激光脉冲的时基抖动。     

贝塞尔光束与激光打孔

当高斯激光束用于打小孔时，焦深很小。截断的贝塞尔光束的主极大具有很长的焦深，可降低调焦精度，用于打小孔时优于高斯光束，但是分析表明两者的成孔质量和所能实现的深径比差不多。本文通过计算指出环状分布的光束经透镜后可在焦平面产生适用于激光打孔的贝塞尔－高斯光束，这是一种高效、简单实用的方法。     

水中薄片激光打孔反常现象的分析

 在其它条件相同的情况下，水中激光在金属薄片上的打孔效率远高于空气中的打孔效率。采用自行研制的基于光偏转原理的力学传感器，分别测量了激光在空气和水中烧蚀薄片时薄片表面所受的力。实验结果表明，激光在空气中烧蚀薄片时，靶材仅受到烧蚀力的作用，而在水中打靶时，靶受到烧蚀力和两次射流冲力等综合作用，且水中的三次冲力在幅值和持续时间均远大于空气中靶材所受的冲力，并用扫描电子显微镜观察了孔的形貌，进而分析了水下激光打孔效率远高于空气中打孔效率的机制。     

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。     

定时中断对飞秒激光脉冲调制的研究

提出了一种数字信号对腔倒空式激光脉冲的调制方法.具有腔倒空装置的激光脉冲在腔内放大,当增益开始衰减时,由电光晶体改变激光的偏振方向将激光脉冲从谐振腔中倒出;再由1 kHz的脉冲信号向计算机发出定时中断请求,中断过程中用数字信号调制脉冲倒出的触发电平,从而调制激光脉冲.用该方法实现了对钛宝石飞秒激光再生放大器的调制,成功地在熔融石英玻璃内写入了二进制数据.     

用变分法研究超短超强脉冲在介质中的成丝

利用变分法将非线性薛定谔方程在形式上简化,把光束成丝等价于粒子在势阱中的运动,直观反映了自聚焦、衍射和多光子电离等机制对光束成丝的影响.实验得到了不同入射功率、光束口径、波面曲率半径等初始条件下脉冲在空气介质中的成丝过程和时间波形变化.通过半解析方法得到的结论能够定性解释成丝和多次聚焦现象等实验结果.     

Laser drilling of thick material using femtosecond pulse with a focus of dual-frequency beam

Laser drilling is one of the basic, most frequently performed, material removal processes. The drilling aspect ratio is theoretically limited by the size and the focal depth of the machining laser spot. The aspect ratio can be improved by using dual focus. In this paper we describe a focus of two different frequencies based on the longitudinal chromatic aberration arisen when polychromatic collimated light is incident on a positive lens element. In the experiments, a Ti:Sapphire laser of 800 nm wavelength and 150 fs pulse duration was used as a source. Two tightly focused laser spots few hundred micrometers apart from each other were formed by focusing a combined collimated laser beam which contains the fundamental optic frequency and the second harmonic optic frequency. The focus of dual-frequency beam was used to drill a 3 mm thick PMMA plate. The drilling aspect ratio of a dual-frequency beam was compared to that of a focus of single frequency beam. Experimental results reveal that dual-frequency beam increases the aspect ratio and improves the drilling quality in terms of profile of the produced features.     

利用位相共轭激光器加工微孔

报道了利用带ＳＦ６气体池受激布里渊散射位相共轭Ｎｄ：ＹＡＧ激光器对０．１ｍｍ厚的刀片进行了微孔加工试验，初步实验结果表明，利用该激光器小的光束发散角这一优点，可加工出出口孔径为２０μｍ微孔。     

不同宽度脉冲激光对白宝石损伤的结构特征

研究了白宝石（〈0001〉切割）晶体在800nm ns、ps和fs激光脉冲作用下的损伤形态.实验发现,在纳秒脉冲作用下,损伤外型与晶体的结构参量一致,呈“米”字形;在皮秒激光脉冲作用下,损伤外型呈“十”字形;而在飞秒激光脉冲作用下,损伤外形呈“一”字形;说明白宝石晶体结构损伤与应力作用下晶体缺陷的择优取向有关.     

基于精确延时控制的脉冲激光功率合成研究

介绍了脉冲固体激光器时域上的功率合成原理。为了实现多台脉冲固体激光器时域上的高精度功率合成,通过分析影响多台激光器之间时域上的同步合成效率的因素,采用了负反馈精确延时的控制方式对脉冲激光器出光时间进行精确控制。通过仿真和实验结果,验证了脉冲固体激光器功率合成方法的可行性,实现了三台激光器精度小于1ns的高精度激光功率合...     

单脉冲飞秒脉冲激光对单层和高反光学薄膜的损伤

用电子束蒸发的方法在BK7玻璃上制备了ZrO2单层膜和ZrO2/SiO2高反膜,利用掺Ti:sapphire飞秒激光系统输出的中心波长为800 nm,脉宽为50 fs的激光脉冲对这两种样品进行了激光损伤阈值测试.实验结果表明,ZrO2单层膜的阈值比ZrO2/SiO2高反膜的高;这与传统的纳秒脉冲激光的损伤情况相反.利用光离化和碰撞离化激发电子到导带,形成电子等离子体基本模型并对此现象进行了解释.同时,用显微镜对样品的损伤形貌进行了观测,对损伤的特点进行了表征.     

一种新的长短光脉冲同步方案

单纵模长激光脉冲经分束后分别输入到两个波导调制器中,同时分别输入两个具有高同步准确度的电脉冲到调制器中.通过这种方式可以实现具有高同步准确度的长短光脉冲的输出.研究结果表明：该方案下长短脉冲的同步准确度可小于3.5 ps（rms）.     

激光脉冲宽度对远距离尾流气泡后向检测的影响

为了分析激光脉冲宽度对远距离尾流气泡后向检测的影响,基于Fournier Forand体积散射函数,通过Monte Carlo方法建立了水中激光脉冲后向散射信号时域特征的分析模型.利用该模型研究了初始激光脉冲宽度不同时,水中远距离舰船尾流气泡的激光脉冲后向散射信号变化情况.结果表明:随着初始激光脉冲宽度的增加,后向散射信号中水体散射信号与尾流气泡回波信号的轮廓变得模糊|当脉冲宽度增大到一定程度时,无法从后向散射信号中辨别出回波信号|并且,随着尾流区气泡散射强度的减小以及气泡区与检测器之间距离的减短,这种变化趋势变得更加明显.基于仿真结果,提出一种基于逆卷积运算的尾流气泡回波信号提取方法.