桂林电子科技大学 机电工程学院 广西制造系统与先进制造技术重点实验室, 桂林 541004
为了探索不同冷却方式对激光加工的影响, 采用水、气体以及水气复合3种不同冷却方式辅助激光加工碳纤维复合材料进行了对比研究, 同时采用单因素实验研究了不同工艺条件对加工质量的影响, 并分析了作用机理。结果表明, 在3种冷却方式下, 热影响区、槽深均随着功率、频率的降低而降低, 随着扫描速率的增加而降低; 在相同工艺参数下, 水气复合辅助激光加工产生的热影响区最小, 气体辅助激光加工产生的热影响区次之, 水辅助激光加工产生的热影响区最大; 当激光功率为2250 W、频率为1200 Hz、速率为120 mm/s时, 水、气体以及水气复合 3种不同冷却方式的热影响区分别为378 μm, 283 μm, 196 μm, 槽深分别为401 μm, 789 μm, 647 μm; 采用水气复合辅助激光加工可以在加工过程中实现较好的冷热平衡, 获得最好的加工质量。该研究为更好地实现碳纤维复合材料低损伤加工提供了参考。
激光技术 碳纤维复合材料 冷却方式 水气复合 冷热平衡 laser technique carbon fiber reinforced plastics cooling methods gas-water composite heat and cold balance
桂林电子科技大学机电工程学院广西制造系统与先进制造技术重点实验室, 广西 桂林 541004
水辅助激光加工中, 水流状态对激光加工有重要影响。为了研究激光加工中不同水流状态对加工质量的影响, 文章建立带切槽的水射流冲击模型, 分析激光扫描方向与水流同向和反向对加工中流场造成的差异; 通过对比试验, 研究两种刻蚀方式对单晶硅切槽形貌和几何尺寸的影响, 并分析差异产生的机理。研究结果表明, 同向刻蚀模型中切槽截面中心上的总压强最小为2 941.970 Pa, 远大于反向刻蚀; 反向刻蚀模型在近壁面处的速度更大, 比同向刻蚀大3.104 m/s。反向刻蚀比同向刻蚀的槽宽小约13.500 μm且表面无熔渣堆积; 反向刻蚀槽深明显大于同向刻蚀, 并且此差距随激光功率增加而增加, 在激光功率15 W时最大相差127.773 μm; 反向刻蚀切槽上表面的平均面粗糙为0.158 μm, 更接近基材未加工区域的0.141 μm。模拟和实验的结果为进一步提高水射流辅助激光加工的切割质量提供了思路。
水射流辅助激光 流场 机理 切割质量 water jet assisted laser flow field mechanism cutting quality
桂林电子科技大学机电工程学院, 广西 桂林 541004
与传统激光加工技术相比, 水导激光加工技术有着很多优势。根据水导激光加工的特点, 对半导体单晶Si片建立了水导激光打孔的热力学模型, 基于ANSYS二次开发语言apdl对其进行了加工过程的温度场和应力场的仿真, 并与有着相同激光参数的传统激光打孔进行对比。结果表明, 水导激光加工冷却更快, 由于水的强冷却作用, 水导激光打孔产生的热影响区更小, 用仿真的方法直接证明了水导激光打孔产生的热应力更少。
水导激光打孔 仿真 热应力 硅 water-guided laser drilling simulation thermal stress monocrystalline silicon
1 空军工程大学， 陕西 西安 710077
2 西安通信学院， 陕西 西安 710106
近年来，二维振镜激光扫描技术因其速度快、精度高、易于控制等特点，得到了越来越广泛的应用。但振镜扫描系统在扫描过程中，存在着固有扫描场的几何畸变，系统本身也存在着线性、非线性误差以及其他误差等，严重影响了振镜扫描系统在不同应用领域的扫描质量。从理论推导出发，较为详细地分析了物镜前扫描和物镜后扫描两种方式存在的几何畸变以及各种误差，并提出了针对性的补偿方法。在对各种误差理论分析的基础上，对校正思路进行了展望，提出了一些看法和建议。
双振镜 几何畸变 误差分析 展望 dual galvanometer geometric distortion error analysis prospect
1 复旦大学 微电子学系ASIC与系统国家重点实验室,上海 200433
2 桂林电子科技大学 信息与通信学院,广西 桂林 541004
设计了正方形和正六边形圆孔阵列组成的金属/电介质光子晶体(MDPhC)来研究阵列类型对其强透射特性的影响。采用微机电(MEMS)技术制作了两种具有相同结构参数的正方形和正六边形圆孔阵列组成的金/二氧化硅/硅光子晶体,利用傅里叶变换红外光谱仪测量其反射光谱。同时,也对这两种结构进行了时域有限差分法数值模拟。理论模拟和实验测量结果均表明,与正方形圆孔阵列相比,由正六边形圆孔阵列组成的MDPhC能够获得较强的光透射增强效果和较窄的透射峰。
表面光学 阵列类型 时域有限差分法 金属/电介质光子晶体 强透射特性 激光与光电子学进展
2010, 47(6): 062401
1 复旦大学 微电子学系ASIC 与系统国家重点实验室,上海200433
2 桂林电子科技大学 信息与通信学院,广西桂林蓸541004
利用金属/电介质光子晶体(MDPC)对黑体热辐射光谱有增强透射和滤波的剪裁特性,制成能够发射出高性能、可调谐窄带相干光的等离子体微机电系统(MEMS)红外光源。其工作波长可选择性、工艺简单、成本低和MEMS 化等优点使其在生物、医学和**等领域得到广泛的应用。对该器件的结构与材料选择、工作机理、工艺流程及性能表征和研究进展进行了详细的综述,对其在微型非色散红外(NDIR)气体传感系统中的应用前景进行了展望。
光学器件 金属/电介质光子晶体 二维金属亚波长孔阵列 表面等离子体 黑体辐射 激光与光电子学进展
2009, 46(12): 38
针对微机电系统热激发红外光源的动态特性,采用一种新的计算方法。即通过建立光源在不同初始温度下升温与加电时间、功率之间的关系,定量估算不同脉冲频率下辐射功率的调制深度。该方法可以计算调制深度大情况下的动态特性。就其中两个重要影响因素加电方式和发射率分别进行讨论,得到：饱和功率相同的前提下,采用恒压源供电方式相比恒流源供电和恒定功率供电响应时间更小,从而更有利于改善光源的动态调制特性;相同条件下,选择高发射率的光源材料也有利于缩短上升时间。结合计算结果,对一个微型铂金薄膜红外光源的频响特性进行了验证测试,测试结果与计算分析符合较好。
微机电系统红外光源 调制特性 电调制 供电方式
针对红外气体探测器对光源的要求,结合现有MEMS(微机电系统)工艺及与其兼容的IC工艺,研制了一种可用于红外多气体传感器的脉冲式MEMS辐射光源.该光源主要有Si3N4/SiO2的复合支撑层和铂金发热电极组成,可以产生相当于黑体300～800 K的红外辐射,在温度T＝1 106 K时有λ=2.62 μm峰值辐射波长;并且光源有足够强的辐射强度和2～15 μm红外辐射波段,能够满足大部分气体在2～14 μm波长范围内特征的吸收谱线的要求.经过对辐射元的动态测量可知,辐射源的动态调制频率可达到50 Hz,完全能够满足气体测量对所需红外光源调制频率的要求.
红外传感 微机电系统 辐射系数
