季凌飞 1,2,3,*孙伟高 1,2,3林真源 1,2,3周博昊 1,2,3[ ... ]王冠强 1,2,3
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
3 北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124
随着智能化时代的到来，柔性电子由于其极强的共形能力和优异的器件性能，在进一步推动现代化产业发展中取得越来越重要的地位。超快激光技术以其优异的高精制造能力在柔性电子高分辨无损制备上展示出独特的优势和应用前景。本文从超快激光与物质相互作用基本机制入手，着重介绍了当前超快激光在柔性电子领域的四种典型特征功用及其研究现状，并据此总结该领域超快激光应用所面临的挑战和未来发展趋势。
超快激光 柔性电子 微纳加工 激光与光电子学进展
2024, 61(1): 0114005
陈梦雪 1,2,3季凌飞 1,2,3,*张犁天 1,2,3曹丽杰 1,2,3[ ... ]孙伟高 1,2,3
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
3 北京市激光应用技术工程技术研究中心，北京 100124
钻孔是骨折修复手术中最常见的临床操作，骨孔的微观组织对骨折稳固及后期愈合具有显著影响。系统研究了激光钻切骨孔的微观组织特征和抗失稳行为，通过探究功率密度对激光钻切骨孔周围组织弹性模量的影响，结合分形方法对骨孔微观结构进行了量化分析与评价，并针对非均质骨微观结构，模拟分析对比了激光钻切骨孔与机械钻切骨孔在轴向力作用下的抗失稳行为。结果表明，在激光功率密度为5.70×104 W/cm2、扫描速度为4 mm/s的优化工艺参数下，骨孔边缘弹性模量受影响区宽度仅为200 μm，较机械钻切骨孔缩小了67%，壁面无裂纹，其余区域保持了骨组织的本征结构与力学特性。在轴向力作用下，激光钻切骨孔裂纹会在骨黏合线周围发生抑止或偏转，这有效提升了骨孔的抗失稳破坏能力，对增强内固定手术的稳定性有重要作用。
医用光学 激光技术 骨钻孔 微观组织 抗失稳行为
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
液体辅助红外激光消融硬生物组织的准确性和兼容性均优于机械工具，而在骨科手术中往往会遇到骨组织自然曲面位置的钻切需求。系统研究了波长约为2 μm的中红外激光诱导空泡在自然骨曲面边界附近的演化行为规律，总结了不同无量纲距离（γ）空泡的非球形演变规律和空泡脉动周期的时间长度的变化趋势，并对空泡收缩过程进行了数值模拟分析。发现了空泡演化行为受骨曲面边界影响的机制，自然骨曲面边界的不对称性使空泡收缩时两侧泡壁处的压力梯度和移动速度不同，导致空泡在收缩时质心与两侧泡壁向自然骨曲面边界较高的一侧发生偏移，并引起空泡微射流向相同方向偏移。给出了用于补偿微射流作用点定位误差的光纤预置偏移量，得到了自然骨曲面附近0.2≤γ≤0.6的空泡产生的微射流速度。
激光技术 空泡演化 微射流 骨组织消融
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
具有深微孔结构的铌酸锂晶体可以成为具有优良光波选择性调制功能的光子晶体器件。然而，目前使用的聚焦离子束刻蚀、化学刻蚀或常规激光制孔等方法很难获得光子晶体所需的高深径比微孔。本文基于飞秒脉冲高峰值功率、超短脉宽的基本特点，通过对光束进行贝塞尔整形以及对光束与铌酸锂晶体的相互作用进行调控和研究，用飞秒单脉冲在铌酸锂晶体内部一步制备出深径比约为700∶1的大面积均匀微孔阵列。测试结果表明，设计并制备的高深径比微孔阵列光子晶体结构对450～510 nm波长范围内的光束具有明显的选择透过性。
激光技术 超快激光 贝塞尔光束 铌酸锂 深径比 光子晶体 中国激光
2022, 49(10): 1002503
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院，北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室，北京 100124
采用脉宽为10 ps、频率为200 kHz、波长为1064 nm的皮秒激光在硅表面扫描会自成形微孔结构，通过改变脉冲能量密度、扫描速度和扫描次数，实验研究了微孔的演变规律。结果表明：不同参数对微孔的影响可以归纳为脉冲能量密度和单位面积内有效脉冲数。随着脉冲能量密度的增加，微孔逐渐向沟槽两侧移动，由初始的随机排列演变成一维线性均匀排列；随着单位面积内有效脉冲数的增加，边缘两侧微孔数量由少变多，尺寸由小变大，最终消失。通过模拟温度场分析了不同温度下材料相变和表面张力的变化，发现在表面张力的驱动下液相硅凝固形成凸起，凸起导致激光能量不均匀沉积，最终形成微孔。这表明微孔自成形的物理机理为激光诱导材料相变和马兰戈尼效应的共同作用。
激光与光电子学进展
2022, 59(1): 0114005
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
为解决动压气浮轴承球面螺旋槽加工难度大的问题,提出一种基于Bézier曲面分割法的光斑重叠率补偿方法。通过研究平均功率、扫描速度、离焦量对TN85金属陶瓷激光刻蚀深度和宽度的影响,确定优化参数;采用1064 nm波长的皮秒激光配以二维x-y扫描振镜,在TN85金属陶瓷球面上完成了粗糙度Ra约为65 nm、深度为(4±1)μm、高度落差为4.5 mm的12条圆周分布螺旋槽阵列加工,加工时间小于10 min。所提方法实现了激光二维振镜对曲面螺旋刻槽深度可控的高精加工,兼顾精度效率,具有良好的工程化应用优势和发展前景。
超快光学 材料加工 球面 螺旋槽 激光 光斑重叠率 中国激光
2021, 48(14): 1402016
红外与激光工程
2020, 49(11): 20200044
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
采用KrF准分子激光辐照4H-SiC制备石墨烯层,从4H-SiC晶面取向对石墨烯生长质量影响的角度开展研究工作,分析激光能量密度、脉冲数及晶面取向对石墨烯质量的影响。当激光能量密度为1.06 J/cm 2,脉冲数为8000时,4H-SiC样品极性Si(0001)面和非极性a(11?20)面上生长的石墨烯质量均达到最好。石墨烯与4H-SiC衬底极性Si(0001)面之间存在缓冲层,为石墨烯的生长提供了模板,得到的石墨烯更为有序,缺陷态更少;而非极性a(11?20)面上生成的石墨烯与衬底之间未生成缓冲层,生长的石墨烯层较为无序,对激光参数的变化更为敏感。
材料 石墨烯 激光辐照 晶面指数
1960年，梅曼博士研制出红宝石激光器。经过60年的发展，激光在社会生活的各个领域发挥着重要的作用，成为日常生活、工业生产、应用研究中的重要工具。激光加工技术是指通过激光与物质的相互作用，改变材料的物态、成分、组织、应力等性质的技术，具有应用对象广泛、非接触加工、尺寸控制能力强、无污染等特点。典型的激光加工技术包括激光去除加工、激光焊接、激光表面改性、激光3D打印、激光复合加工等。目前，激光加工技术已应用于**、航天、信息、生物医疗等领域。
激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111400
1 北京工业大学激光工程研究院超快激光与高精制造研究所, 北京 100124
2 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
从解决陶瓷齿轮加工困难的实际应用需求出发,系统研究1064 nm皮秒激光的输出功率、扫描速度、扫描次数、扫描线间距等工艺参数对陶瓷切削深度、宽度和表面粗糙度的影响;结合齿轮结构的几何特征,采用将柱状工件的曲面加工转换成平面加工的方法,完成了不同齿形(直齿、斜齿)陶瓷齿轮的激光直接高精制造,齿面平均粗糙度Ra≤2 μm,加工效率高,可适用于不同材质齿轮类复杂构型零件的加工。
激光光学 陶瓷 齿轮 精密切削 回转夹具 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111429
