基于分光透射比模型提高镉等离子体特征光谱识别能力的研究

为了降低或消除激光诱导击穿光谱（LIBS）检测过程中激光能量、背景辐射、噪声信号对特征光谱信息的影响,以镉靶材为对象,构建偏振分辨激光诱导击穿光谱（PRLIBS）系统,探索提高重金属污染物LIBS分析能力的方法。结合光波在多层媒介传播过程中的菲涅耳方程,分析入射光波长对光强透射比的作用机理,构建正入射方向上的等离子体辐射强度分光透射比模型。利用该模型获得了相同条件下的LIBS、PRLIBS光谱数据,比较了镉元素特征谱线强度的相对标准偏差（RSD）,并分析了不同延迟时间下特征谱线强度的变化趋势。结果表明：在低能量密度情况下,PRLIBS具有明显的测量优势,可以采集到更多的特征峰信号,并且PRLIBS光谱特征谱线强度的RSD值小于相同检测参数下LIBS光谱特征谱线强度的RSD值,说明分光透射比模型能够有效提高等离子体光谱的稳定性;LIBS与PRLIBS的谱线强度随延迟时间的变化趋势一致,说明PRLIBS并不影响原有LIBS的延迟时间;随着脉冲能量增大,分光透射比模型可以有效降低基线漂移和背景辐射,增强光谱的分辨能力;分光透射比模型不仅保留了连续谱中的有效信息,还提高了谱线识别的稳定性,对于...     

激光沉积制造翘曲变形检测与开裂预测研究

翘曲变形与开裂是激光沉积制造大型整体结构的瓶颈,限制了该技术的发展。为解决这一难题,笔者基于表面形貌监测系统提出了一种翘曲变形原位检测及开裂预测新算法。通过坐标系校准、滤波降噪、曲面重构等实现了原位检测与数据预处理,采用旋转切片和平行切片两种方案求取切片与重构表面的交线,计算交线的翘曲角与翘曲角变化量,根据翘曲阈值与开裂阈值判定翘曲变形并预测开裂。设定的阈值与制件尺寸呈反比关系,与翘曲度呈正比关系。实验结果表明：翘曲样件X向的最大翘曲角为3.98°,且该方向所有交线的翘曲角均超出了翘曲阈值（3.27°）,判定发生翘曲变形;薄壁件开裂影响区内翘曲角的最大值在第46～51层呈连续正增长趋势,翘曲角变化量为1.58°,且80%的交线的翘曲角变化量超出了开裂阈值（1.53°）,判定即将发生开裂,继续沉积至第55层时出现开裂。通过实验证实了所提算法检测翘曲与预测开裂的有效性,对激光沉积制造技术的发展具有重要意义。     

飞秒激光成丝过程中的太赫兹波空间强束缚效应

飞秒激光成丝辐射太赫兹波兼具宽频带和高强度特性,其物理机制研究已成为近年来的前沿课题。在此领域,本课题组发现太赫兹波沿激光等离子体光丝被限制在亚波长空间尺度内进行传输,即“太赫兹波空间强束缚效应”,并据此提出了能够全面阐述太赫兹波辐射机理的三过程模型,为统一当前主流宏观与微观理论、化解相关文献中重要结论的矛盾奠定了基础。本文以太赫兹波空间强束缚效应为中心,综述了本课题组近年来的一系列研究工作,包括实验探测技术、物理机理解释及多项创新应用等,并对未来的工作进行了展望。     

中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置总体设计

中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置是一台用于材料、光谱、生物、医学等领域前沿研究的多功能用户装置,在实验室现有的太赫兹自由电子激光装置（CTFEL）基础上,拟新增两套2×9-cell超导加速单元和两台波荡器,将电子能量提升至最大50 MeV,输出频率覆盖范围拓展至0.1～125 THz,最大宏脉冲功率大于100 W。同时,采用跑道型束线设计,拟建设一台小型能量回收型直线加速器实验研究平台。本文主要介绍了中国工程物理研究院红外太赫兹自由电子激光装置的总体设计、工作模式以及用户实验站布局。     

1.3μm固体激光器研究进展

1.3μm波段固体激光器在多领域均有着重要作用,本文介绍了近20年来国内外不同晶体材料输出1.3μm波段激光的研究进展,包括几种常用的晶体如YAG、YVO₄、GdVO₄以及其他晶体。通过分析认为,对新材料、新机制的探索与应用是未来1.3μm波段激光器的主要发展方向。     

纳秒激光织构钛合金表面及其润湿性研究

针对工业领域常用特种钛合金材料TC4(Ti6Al4V),采用纳秒激光加工技术进行表面织构加工,通过改变激光扫描间距,分析表面形貌构建以及表面润湿性转变机制。实验使用扫描电子显微镜与能谱仪分析表面微观结构与元素物相成分变化,通过接触角测量仪表征表面疏水特性。结果表明：进行激光织构加工后,材料表面亲水性大幅增加;在空气中暴露一段时间后,逐渐转变为疏水性并趋于稳定,扫描间距为60μm加工的表面最大接触角达到139.92°,其表面分布的显著多级微纳结构起到了关键作用。     

激光-载荷联合作用下天然乳胶烧蚀实验研究

为了摸清激光辐照橡胶类气象气球等空中目标的效应规律,为后续开展外场试验提供依据,本文进行了激光-载荷联合作用下天然乳胶材料烧蚀性能实验研究。采用1085 nm光纤固体激光器,对天然乳胶材料进行了激光辐照效应实验,研究了激光和载荷共同作用下材料的烧蚀性能,结果得到：材料主要发生热解、烧蚀穿孔和断裂破坏;在同等功率密度光斑辐照条件下,材料破坏时间随载荷增加先增加后减小;在同等加载条件下,材料破坏时间随辐照功率密度增加而减小。     

双面阵CCD实时测量激光发散角的系统

针对目前激光光束发散角测试速度慢,实时性差的问题,提出采用两个面阵CCD同时测量激光远场区域两个不同位置的光束宽度,用两点拟合的方法计算激光光束发散角的方法。该方法装置简单,可快速实时准确地测量激光光束发散角。测试结果表明,系统测量误差<0.1 mrad,重复测量误差均±1%之内。该测量方法研制的仪器成本低、测试效率高、便于携带,适合设备生产现场和空间有限的快速实时检测需求。     

激光干扰效果反演激光干扰能量及应用研究

在大功率激光对光电探测器干扰机理基础上,提出了激光干扰效果反演激光干扰能量的方法,对激光干扰饱和面积反演激光干扰能量的进行理论推导,证明了方法的合理性。在干扰实验和理论分析基础上,给出了激光干扰效果反演激光干扰能量的使用条件,本方法可克服激光大气传输理论计算误差大、空间测量成本高、动态测量技术实现难等问题,为不具备干扰激光能量监测的场景提供了新的干扰激光能量获取途径,具有较好的应用前景。     

激光诱导微纳米物质在1维载体上的输运

为了探索微纳米物质在1维载体上的可控输运问题, 采用聚焦激光辐射输运载体获得温度梯度的方法, 进行了微纳米石蜡球在单根碳纳米线圈上输运问题的实验研究和理论分析。结果表明, 温度梯度可以驱动碳纳米线圈上的微纳米石蜡由高温区域向低温区域移动, 即发生输运现象; 调整激光的聚焦位置可以实现输运方向的可控, 调节聚焦激光输出功率可以实现输运距离和输运质量的可控; 激光电流为33.0 mA, 36.0 mA, 39.0 mA, 42.0 mA时, 微纳米石蜡球输运距离分别为0.69 μm, 1.40 μm, 2.00 μm, 2.50 μm。该研究为微纳米物质的可控输运提供了新方法, 对进一步研究微纳米物质输运问题是有帮助的。