1 湖北文理学院机械工程学院，湖北 襄阳 441053
2 湖南工业大学机械工程学院，湖南 株洲 412007
根据面齿轮材料18Cr2Ni4WA的飞秒激光扫描加工中的温度传递过程，建立了三温传热模型，并建立了扫描加工中的多脉冲能量累积模型。仿真分析了改变激光能量密度对烧蚀材料时电子晶格温度的变化，多脉冲加载下电子、晶格和材料表面最高温度的变化，以及改变扫描速度和扫描间距对加载能量的变化，结果表明随着能量密度的增大，电子最高温度从37000 K上升至44000 K、最终平衡温度从17000 K上升至22000 K。在多脉冲的加载下，随着能量密度的增大，电子最高温度也有一定程度的增大，并且材料表面最高温度的平衡温度也会增大，从2600 K上升至3250 K。随着扫描速度和扫描间距的增大，多脉冲累积能量有一定的减小，能量分布尺度在增大。试验分析了不同能量密度、扫描速度和扫描间距对飞秒激光烧蚀面齿轮材料的影响，并对烧蚀形貌进行了粗糙度分析，结果表明，当能量密度为4.34 J/cm2、扫描速度为300 mm/s、扫描间距为18 μm时，烧蚀形貌质量较好。该研究为提高飞秒激光扫描加工面齿轮材料的表面形貌质量提供了研究基础。
激光光学 飞秒激光 三温传热模型 扫描速度 能量累积效应 扫描间距 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0914004
Author Affiliations
Abstract
School of Computer and Communication Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China
The phase-sensitive time-domain reflectometer () has been popularly used for events detection over a long period of time. In this study, the events classification methods based on convolutional neural networks (CNNs) with different features, i.e., the temporal-spatial features and time-frequency features, are compared and analyzed comprehensively in . The developed CNNs aim at distinguishing three typical events: wind blowing, knocking, and background noise. The classification accuracy based on temporal-spatial images is higher than that based on time-frequency images (99.49% versus 98.23%). The work here sets a meaningful reference for feature extraction and application in the pattern recognition of .
phase-sensitive time-domain reflectometer convolutional neural network temporal-spatial images time-frequency images Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 040601
1 湖南工业大学机械工程学院，湖南 株洲 412007
2 湖北文理学院机械工程学院，湖北 襄阳 441053
针对面齿轮材料18Cr2Ni4WA在飞秒激光精微加工过程中产生的等离子体冲击波效应，建立了等离子体冲击波传播的压强方程、精微加工材料的波阵面温度模型。以脉宽、能量与离焦量作为变化参数，得到了冲击波传播半径随温度与压强的变化规律。试验验证了飞秒激光脉宽在300、500、800 fs时，单脉冲激光能量保持在15~25 μJ，此时熔融层光滑平整，具有较好的烧蚀效果。相同脉宽下，过高的能量导致熔化材料过多，凹坑深度加深以致于排出效果降低，在凹坑壁形成高低不平的波峰。使用较高能量参数对材料进行变离焦量烧蚀时，随着正离焦量增大，边缘热影响区域增大。同时，等离子体冲击波对液态材料的排出效果由于离焦变化而降低。验证了等离子体冲击波效应模型，达到了实际烧蚀效果。
飞秒激光 激光等离子体 冲击波 面齿轮 烧蚀特征 femtosecond laser laser plasma shock wave face gear ablation characteristics
1 湖南工业大学机械工程学院，湖南 株洲 412007
2 湖北文理学院机械工程学院，湖北 襄阳 441053
飞秒激光精微烧蚀是一种新型的精密加工方法。本文研究了飞秒激光烧蚀面齿轮材料18Cr2Ni4WA的电子亚系统和晶格亚系统的能量耦合作用，建立了双温模型，采用有限差分法分析了脉冲宽度、平均功率对电子温度和晶格温度的影响规律。结果表明：当电子与晶格达到热平衡，且电子温度和晶格温度超过材料的熔点时，齿面产生烧蚀；当电子和晶格的温度均高于材料的沸点和相爆炸温度时，主要通过相爆炸实现材料的去除；材料烧蚀深度一般为40 nm左右，避免了热效应对表层质量的影响。采用飞秒激光微加工系统进行实验研究，得出了能量密度呈高斯分布的飞秒激光烧蚀材料18Cr2Ni4WA的单脉冲烧蚀阈值为0.29 J/cm2；分析了平均功率和脉冲数对烧蚀形貌的影响。通过研究飞秒激光精微加工材料18Cr2Ni4WA的烧蚀特性，为提高面齿轮的加工质量提供了技术基础。
激光技术 飞秒激光 面齿轮 双温模型 烧蚀特性 烧蚀阈值 激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0914001
湖北文理学院机械工程学院, 湖北 襄阳 441053
制备了一种纳米棒Pt-WO3螺旋微结构光纤布拉格光栅(FBG)氢传感器。采用飞秒激光对光纤布拉格光栅包层进行了螺旋微结构的制备,通过水热法合成了纳米棒WO3,然后分解Pt(acca)2前驱体,合成Pt-WO3纳米棒颗粒,将两种金属的原子比控制在Pt∶W=1∶5,将纳米棒Pt-WO3镀在FBG微结构包层上。相比镀Pt-WO3膜的标准FBG,Pt-WO3纳米棒微结构FBG氢传感器灵敏度提高了1.5倍,传感器在1%氢气体积分数下的响应时间为15~30 s,该传感器在氢气传感领域具有良好的应用前景。
激光器 光纤光栅 氢气传感器 纳米棒 飞秒激光 激光与光电子学进展
2020, 57(21): 211405
1 湖北文理学院机械工程学院, 湖北 襄阳 441053
2 武汉理工大学光纤传感技术国家工程实验室, 湖北 武汉 430070
制备了交叉螺旋微结构的光纤光栅氢气传感器。利用飞秒激光在布拉格光纤光栅(FBG)包层加工出交叉螺旋微槽,采用水热法制备片状Pt-WO3粉末,在微结构光纤光栅表面镀Pt-WO3膜,对比无微结构探头,螺旋微结构探头增大了传感器灵敏度,微结构探头灵敏度是无微结构探头的1.55倍。通过理论数值计算传感器灵敏度,探讨仿真值与实验结果差异性。制备的传感器具有灵敏度高、响应速度快、重复性好的特点,具有监测氢气泄漏的应用前景。
传感器 飞秒激光 氢气传感器 Bragg光纤光栅 微结构 中国激光
2019, 46(12): 1210001
1 湖北文理学院 机械工程学院, 湖北 襄阳 441030
2 武汉理工大学 光纤传感技术国家工程实验室, 武汉 430070
研究了不同钯银合金原子比例复合膜对微结构光纤光栅氢气传感特性的影响.使用飞秒激光在布拉格光栅光纤包层加工螺旋微结构, 将磁控溅射方法制备的不同钯银原子比例的合金膜镀在螺旋微结构表面, 研制优化钯银合金比例的新型微结构布拉格光栅光纤氢气传感器.采用扫描电子显微镜和能谱仪对Pd-Ag薄膜进行表征和分析, 对三种不同钯银原子含量(Pd∶Ag=2∶1, 4∶1, 6∶1)的微结构布拉格光栅光纤探头进行氢气传感测试.在室温条件下, 钯银原子比例为4∶1的微结构探头具有最佳的氢气传感性能, 钯银原子比例为2∶1的微结构探头响应速度最快, 但是灵敏度最低.在4%氢气浓度下, 螺旋微结构传感器的漂移量达到107 pm, 对比同类型布拉格光栅光纤氢气传感器, 具有更高的灵敏度和更快响应速度.
氢气传感器 飞秒激光 Pd-Ag合金膜 微结构 布拉格光栅光纤 Hydrogen sensor Femtosecond laser Pd-Ag alloy film Microstructure Fiber Bragg grating
1 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室, 合肥 230026
2 北京大学 重离子物理研究所, 北京 100871
3 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100049
北京大学高功率耦合器谐振环锻炼平台是对北京大学1.3 GHz超导加速器的耦合器进行高功率测试和锻炼的平台, 通过谐振环与信号源谐振来产生高功率。在谐振环工作过程中, 由于外界扰动会使其共振频率发生变化, 故需要对谐振环路进行频率锁定, 从而维持其与信号源的共振。将PDH（Pound-Drever-Hall）技术应用在此锻炼平台上, 用以锁定微波信号源与谐振环的频率。实验验证表明, 该PDH反馈系统能有效维持谐振环的高增益。
谐振环 PDH技术 稳频系统 RF resonant ring Pound-Drever-Hall technique frequency locking 强激光与粒子束
2018, 30(12): 123002
