纳秒脉冲激光加工高反射率铝膜

为了研究基于近红外纳秒脉冲激光的高反射率金属薄膜的加工可行性以及加工效果, 采用纳秒脉冲激光对高反射率铝膜进行激光加工, 分别测量了在不同激光光斑尺寸和不同激光能量的条件下, 铝膜表面所发生的烧蚀形态变化。结果表明, 即使铝膜表面反射率高达96%, 依然能对铝膜进行激光加工; 使用较高功率激光对铝膜表面进行离焦加工(能量密度约小于1000J/mm2)的烧蚀图样比使用较低功率激光对铝膜表面进行对焦加工(能量密度约大于2000J/mm2)的烧蚀图样更加规则。相关实验结果对激光加工高反射率材料时激光参量的选择可起到一定的指导作用。     

喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的热特性仿真分析及实验研究

为分析喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的热特性,设计用于冷却复合陶瓷薄片的喷流冷却系统.利用湍流换热理论和计算流体动力学仿真方法建立喷流冷却复合陶瓷薄片激光器的流固耦合热仿真模型,定义评价其冷却能力和冷却均匀性的定量参数.根据该仿真模型得到喷流冷却系统的最优设计参数,并进行实验验证.使用163孔喷板,流量为0.2kg/s,入口温度为20℃,在1200 W泵浦时获得359 W激光输出功率,并测得复合陶瓷薄片上表面的最高温度为92℃.激光输出功率与复合陶瓷薄片上表面温度均与泵浦功率呈近似正线性关系,且温度的实验值与仿真值相符度较高.     

Cr,Tm,Ho∶YAG激光器有效反转减少因子的数值模拟分析

为了分析Cr,Tm,Ho∶YAG（以下简称为CTH∶YAG）系统中Ho3+在受激跃迁时的工作特性,从速率方程中的反转减少因子出发,引入了有效反转减少因子的概念,从对有效反转粒子数利用率的角度,对其有效反转减少因子γ*CTH∶YAG进行了数值模拟和分析。结果表明,γ*CTH∶YAG是温度T的非线性递增函数,且在一定的工作温度范围内有一个拐点,存在一段近似线性的区域。在几十K到几百K的温度范围内均有1＜γ*CTH∶YAG＜1.5,且在室温下γ*CTH∶YAG更接近于1。另外,γ*CTH∶YAG的取值还受Stark跃迁能级变化的影响,但其随温度变化的主要性质不会改变。明确了γ*CTH∶YAG的意义和性质,为CTH∶YAG系统的温度敏感特性提供了理论依据,对优化输出结果有指导性意义。     

薄片激光器喷流冷却技术

为了分析喷流冷却技术对薄片激光器的冷却效果,从湍流换热理论出发,定义了评定喷流冷却换热能力和冷却均匀性的两个参数:面均对流换热系数和平均最大温差。利用ANSYS CFX流体力学仿真软件,建立喷流冷却的物理模型,对多种喷板结构进行求解计算。设计加工了整套喷流冷却实验装置,并进行了模拟热源喷流冷却实验。分析结果表明,喷流冷却换热能力和冷却均匀性主要受喷板结构参数的影响,仿真计算结果可以定性地指导喷板结构参数的优化设计。     

基于APD面阵探测器的非扫描激光主动成像雷达

为了获得目标区域的高精度3-D距离图像,采用自研带读出电路的雪崩光电二极管（APD）面阵探测器组件,研制了一台非扫描激光主动成像雷达。雷达采用波长1.064μm脉冲激光泛光照射目标区域,APD面阵探测器组件接收目标漫反射激光回波信号,经信息处理获得目标区域3-D距离图像,对典型目标开展了3-D成像实验研究。结果表明,所研制的非扫描激光主动成像雷达可获得较好的目标区域3-D距离图像,成像距离达1.2km,距离分辨率为0.45m,成像帧频为20Hz。基于APD面阵探测器组件的非扫描激光主动成像雷达技术取得突破。     

基于热烧蚀效应的激光清洗仿真模型研究(特邀)

为研究在基于热烧蚀效应的激光清洗中激光参数对清洗效果的影响,根据热烧蚀效应原理、傅里叶热传导方程以及能量守恒定理,使用有限元分析软件建立了热烧蚀动态能量守恒的二维激光清洗仿真模型。在该模型中使用了虚拟第三类边界条件,将薄层-基底系统中的激光烧蚀热功率密度与被烧蚀污渍层边界的法向移动速度进行关联,实现了污渍层烧蚀潜热消耗量与激光烧蚀能量之间的动态能量守恒,明确了质量损失与能量消耗的数学关系,使所建立的模型更加理论自恰和精确可靠。利用该模型理论分析了光斑吸收功率、光斑直径、扫描速度以及扫描能量密度对清洗效果的影响,结果表明：污渍平均残留厚度随光斑吸收功率和扫描能量密度增大而减小,且减小的速率会逐渐变慢,当激光功率过大时,基材会出现损伤;污渍平均残留厚度随光斑直径和扫描速度的增大而变大,但减小光斑直径和扫描速度会降低清洗效率。提出了根据污渍层物性参数与扫描能量密度的对应关系优化激光参数的方法,并对非平整表面污渍层进行了多次不间断扫描的仿真分析,得到了清洗效果随扫描次数的变化规律。该研究结果对激光清洗设备的方案设计、优化改进和使用选型具有一定的指导意义。     

Cr,Tm,Ho:YAG激光器有效反转减少因子的数值模拟分析

为了分析Cr,Tm,Ho∶YAG(以下简称为CTH∶YAG)系统中Ho3+在受激跃迁时的工作特性,从速率方程中的反转减少因子出发,引入了有效反转减少因子的概念,从对有效反转粒子数利用率的角度,对其有效反转减少因子γ*CTH∶YAG进行了数值模拟和分析.结果表明,γ*CTH∶YAG是温度T的非线性递增函数,且在一定的工作温度范围内有一个拐点,存在一段近似线性的区域.在几十K到几百K的温度范围内均有1＜γ*CTH∶YAG＜1.5,且在室温下γ*CTH∶YAG更接近于1.另外,γ*CTH∶YAG的取值还受Stark跃迁能级变化的影响,但其随温度变化的主要性质不会改变.明确了γ*CTH∶YAG的意义和性质,为CTH∶YAG系统的温度敏感特性提供了理论依据,对优化输出结果有指导性意义.     

激光清洗的发展现状与前景

近年来,激光清洗技术的应用范围不断扩大,取得了微粒清洗、模具清洗、交通工具清洗等全新的研究成果,但也存在着设备价格昂贵、测试时间冗长等缺点.为了了解激光清洗的研究现状,总结了激光清洗技术的清洗机理、应用领域、发展现状以及存在的问题,介绍了新型激光复合清洗技术在绿色制造中的优势及其未来发展的潜力.     

Cr,Tm,Ho:YAG激光器温度特性的数值分析

为了分析CTH:YAG激光器在受激跃迁时的温度特性,从速率方程中腔内光子数密度出发,考虑CTH:YAG的准三能级特性以及Tm-Ho准热平衡体系的影响,定义了相对振荡效能参量。采用数值模拟的方法,分析了相对振荡效能的温度特性,得到了其温度变化曲线。结果表明,CTH:YAG的相对振荡效能是温度的非线性减函数,且存在截止温度使腔内振荡无法产生;截止温度与Tm-Ho准热平衡体系的储能成正比,相对振荡效能也随Tm-Ho准热平衡体系的储能的增大而增大。这一结果为CTH:YAG激光器受激跃迁的温度特性提供了理论依据,对改善其工作特性和优化输出结果具有指导性意义。