1 金陵科技学院 材料工程学院,南京 211169
2 南京理工大学 理学院,南京 210094
为了定量研究红外激光辐照下砷化镓的损伤过程,采用波长1080 nm的光纤激光作为光源,接收砷化镓前后表面经激光照射产生的散射光,依据接收到的散射光强度对损伤过程进行实时监测,并建立有限元模型研究了砷化镓温度场和散射信号的演变规律。结果表明,散射曲线的3个阶段分别代表了砷化镓处于非本征吸收阶段、本征吸收阶段和表面损伤阶段; 当激光功率密度为1.8 kW/cm2、辐照时间为193 ms时,表面开始损伤,可以观察到滑移线; 对损伤中心的元素含量进行分析,氧元素含量大大增加,说明热应力和氧化反应是激光致砷化镓表面产生损伤的主要机制。此研究可为激光辐照过程中砷化镓的温升、热应力和烧蚀等深入研究提供理论和实验依据。
激光技术 损伤 散射信号 砷化镓 laser technique damage scattering signal GaAs
采用波长为1070 nm的连续激光对亚音速切向空气流下玻璃纤维增强树脂基复合材料（GFRP）的穿孔效应进行了研究。通过实验研究了功率密度（848~1556 W/cm2）和切向气流流速（0~1个马赫数）对穿孔形貌、穿孔点温度和穿孔时间的影响。结果表明：切向气流流速为0.5个马赫数（Ma）时靶材穿孔时间随功率密度的增加而减小，最大减小了46%；功率密度为848 W/cm2时穿孔时间随气流流速的增加呈先减小后增加的规律，与无气流（0 Ma）时相比，最大仅减小8%。激光功率密度的增加加速了热解气体的产生，使得孔隙压力升高，促进了靶材的剥蚀。切向空气流对作用过程的影响主要包括：降低树脂基体热解所产生的残炭含量，进而改变靶材吸收方式；产生切向剪切力，加速靶材的力学剥蚀；加速对流换热，降低靶材表面温度。当切向气流速度较小（≤0.4 Ma）时，切向气流的作用主要是促进树脂热解，降低残炭含量，转变靶材吸收方式；当切向空气流速较大（0.8~1.0 Ma）时，气流的冷却作用表现得较为明显。
激光光学 激光损伤 连续激光 玻璃纤维增强树脂基复合材料 切向空气流 穿孔效应 中国激光
2023, 50(14): 1401002
为了研究7075铝合金在激光与外载荷联合加载下的失效行为, 采用最大拉力50 kN的拉伸伺服试验机与工作波长为1070 nm的6 kW连续光纤激光系统对7075铝合金进行了不同预载荷与不同激光功率密度下的联合加载实验, 获得了该材料的拉应力-时间曲线、温度-时间曲线、失效时间-功率密度曲线、失效温度-功率密度曲线等, 分析了功率密度与预载荷对失效过程、失效温度和断裂形貌的影响。结果表明, 在相同的预载荷下, 激光功率密度的增大会导致失效时间非线性下降, 失效温度是否有较大变化取决于预载荷的大小, 当预载荷大(330 MPa, 440 MPa)时, 失效温度随功率密度增加略有升高, 预载荷较小(110 MPa,220 MPa)时, 失效温度变化规律不单调; 在相同的激光功率密度下, 预载荷增大, 失效时间减少, 功率密度较大、预载荷较小时, 失效行为变得相似; 在一定的功率密度(315 W/cm2,351 W/cm2)下, 失效温度随预载荷的增大先增大后减小。该结果进一步揭示了7075铝合金的失效机理。
激光技术 失效温度 失效时间 预载荷 7075铝合金 laser technique fracture temperature fracture time preload 7075 aluminum alloy
不同气流速度作用下激光辐照靶材的穿孔效应不同。实验研究了亚音速气流（0~0.7 Ma）环境下，1 070 nm连续激光辐照7075铝合金的穿孔效应。对铝合金中心点温度历史、穿孔时间、穿孔孔径以及表面形貌变化进行了分析，结果表明：在相同气流速度下，随着入射激光功率密度的增加，铝合金表面温升速度加快且最终熔融层所达到的平衡温度增大；铝合金的穿孔时间呈指数减小；孔径增大速率呈指数减小。在相同激光功率密度下，随着气流速度的增加，铝合金穿孔时间总体呈先增大后减小至平稳之后再增大的趋势；熔融物移除速度和气流的冷却作用这两方面共同导致在0.1 Ma附近出现最长穿孔时间，在0.3 Ma附近出现最短穿孔时间，0.6 Ma的穿孔时间与0 Ma的穿孔时间大致相等在5.5 s左右；随着气流速度增大冷却效应增强，在0.7 Ma之后铝合金并未出现穿孔。对流冷却导致熔融物快速冷凝，被移除的熔融物集中在气流的下游区域。
连续激光 亚音速气流 温度场 穿孔效应 CW laser subsonic flow temperature field perforation effect 红外与激光工程
2022, 51(2): 20210883
1 常州信息职业技术学院 智能装备学院, 常州 213000
2 南京理工大学 理学院, 南京 210094
3 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 西安 710024
为了研究组合脉冲激光与单晶硅材料的相互作用过程, 采用两束脉宽分别为7ns和1ms的脉冲激光复合作用的方式, 进行了单束毫秒脉冲激光和组合脉冲激光辐照硅片的实验研究, 并结合数值计算对比了两种激光工作模式辐照造成的表面损伤形貌, 根据组合脉冲激光延迟时间的不同将损伤形貌分为3类, 对熔融深度和表面损伤半径做了进一步的研究。结果表明, 组合脉冲激光的损伤效应更为严重, 包括解理裂纹、烧蚀和皱褶, 表面损伤半径主要取决于入射毫秒脉冲激光的能量密度, 而熔融深度随延迟时间的增加而减小, 毫秒脉冲激光的预加热以及纳秒脉冲激光造成的表面损伤与后续毫秒脉冲激光的相互作用, 使得组合脉冲激光具有更好的损伤效果。该研究结果可为今后组合脉冲激光加工半导体材料提供参考。
激光技术 组合脉冲激光 硅 损伤形貌 延迟时间 laser technique CPL silicon damage morphology delay time
Author Affiliations
Abstract
1 School of Science, Nanjing University of Science & Technology, Nanjing 210094, China
2 Institute of Mechanical and Electrical Engineering, Zhoukou Normal University, Zhoukou 466000, China
The stress damage process of a single crystal silicon wafer under millisecond laser irradiation is studied by experiments and numerical simulations. The formation process of low-quality surface is monitored in real-time. Stress damage can be observed both in laser-on and -off periods. Plastic deformation is responsible for the first stress damage in the laser-on period. The second stress damage in the laser-off period is a combination of plastic deformation and fracture, where the fundamental cause lies in the residual molten silicon in the ablation hole.
140.3330 Laser damage 140.3390 Laser materials processing Chinese Optics Letters
2018, 16(1): 011404
1 南京理工大学 理学院, 江苏 南京 210094
2 茂莱(南京)仪器有限公司, 江苏 南京 211100
目前的焦距仪为了增大测量范围, 会配备一组测量镜头。在测量不同范围焦距时需要进行更换, 过程繁杂, 影响工作效率。解决这一问题, 设计一个五档变倍的测量镜头, 通过了变焦与变物距两个方法实现变倍, 用档位之间的切换代替目前的更换测量镜头提升工作效率。设计完成后, 放大率变化为8.0~0.16X, 物距变化为20~1000mm, 测量范围: (-1000mm,-5mm) U (5mm,1000mm)。通过ZEMAX模拟仿真实验表明: 设计得光学系统测量范围大, 各个变倍位置成像质量良好, MTF曲线接近衍射极限, 可以替代原有的测量镜头组。
成像光学 五档变倍镜头 变焦 变倍 焦距仪 imaging opticst five switched zoom optical system zoom system variable magnification focometer
