1 南开大学 物理科学学院，天津 300071
2 天津大学 精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
激光清洗是通过把高亮度和方向性好的激光照射到物体待清洗的部位，使激光器发射的光束被污染层和/或基底吸收，通过光剥离、汽化等过程，克服污染物和基底之间的粘附力，使污染物离开物体表面，达到清洗目的，且不损伤物体本身的物理清洗技术。20世纪80年代以后，激光清洗技术得到了越来越多的关注。40年来，激光清洗作为一种新型高效的环保清洗技术，得到了飞速发展，在电子元器件清洗、文物保护和脱漆除锈等领域得到研究并获得了应用。2010年以后，对激光清洗研究进一步深入，在激光清洗的检测和智能控制方面取得较大成果，并且在激光清洗机理方面也取得了进展。中国科学家在这个过程中也做出了贡献。介绍了激光清洗原理、特点、源起，对40余年的激光清洗发展做了综述，并介绍了国内近年来激光清洗的研究动态。
激光清洗 污染物 光剥离 汽化 laser cleaning contaminant light tripping gasification 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220835
红外与激光工程
2023, 52(2): 20230049
1 佛山科学技术学院物理与光电工程学院，广东 佛山 528000
2 南开大学物理学院，天津 300071
为了提高光导开关的光生载流子密度，延长器件的使用寿命，降低对光源的能量需求，实现设备的小型化，基于半绝缘4H-SiC材料建立了全内反射式光导开关数学模型，并分析了全内反射发生的条件及影响光导开关吸收效率和均匀度的因素。采用ZEMAX非序列模式建立了全内反射光导开关模型，并利用光线追迹方法进行分析。设计了一种高效率全内反射光导开关光学系统，结果表明，该光学系统能在获得高吸收效率的同时保证高均匀度，吸收效率可达90.78%，吸收均匀度达到74.56%。
光学设计 全内反射 数学模型 高效率 光导开关 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1122001
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Electronics and Electrical Engineering, Southern University of Science and Technology, Shenzhen 518055, China
2 Key Laboratory of Weak Light Nonlinear Photonics, Ministry of Education, Nankai University, Tianjin 300457, China
A mode field adapter (MFA) fabricated by the thermal expanded core (TEC) technique is investigated. Firstly, the mode field characteristics of the TEC large mode area fiber (LMAF) are analyzed. Compared with the single-mode fiber (SMF), the mode field diameter of the LMAF enlarged slower than that of the SMF. Secondly, the mode field characteristics of the different fibers with TEC treatment are discussed. Thirdly, the transmission efficiency of the MFA fabricated by the SMF and LMAF is also investigated. Finally, we used the 6/125 μm SMF and 15/130 μm LMAF to fabricate an MFA with transmission efficiency of 92% and the handling power as high as 100 W.
060.2340 Fiber optics components 060.2310 Fiber optics 140.3510 Lasers, fiber Chinese Optics Letters
2018, 16(3): 030602
针对锈层疏松多孔结构的特点，采用脉冲CO2激光器湿洗清除钢铁表面的锈蚀。通过预喷涂液膜，使液体渗透到锈层内部以改善锈层的热传导和提高材料的平均比热，同时液体自身的受热爆发性气化也会起到破碎锈层的作用，有效提高激光清洗的效率。但是，液体如果有残余会加剧铁的电化学腐蚀，因此必须及时地把残余的液膜去除。使用第二束声光调Q NdYAG激光加热铁基底表面，通过控制激光脉冲个数调控表面的温度，在表面残余的液膜得到有效去除之后，继续加热铁基底表面，以加快铁基底表面的氧化过程，生成致密的氧化铁薄膜，实现均匀钝化，可有效提高清洗后铁质材料的抗腐蚀性。设计了一种双光束激光湿洗装置，能够使清洗、钝化一步完成。
激光光学 激光清洗 液膜辅助 均匀钝化 双光束 锈蚀 中国激光
2014, 41(s1): s103002
1 南开大学物理科学学院， 天津 300071
2 华北光电技术研究所固体激光技术重点实验室， 北京 100015
激光清洗作为环保节能的绿色清洗方法，在钢铁材料表面除漆领域具有重要的应用前景。利用波长为1064 nm，重复频率为0.5~50 kHz可调的声光调Q准连续Nd:YAG激光对钢基底表面漆层样品进行了清洗实验和工作机理研究。模拟和实验结果表明，在钢基底表面漆层脉冲激光去除中，阈值清洗条件下有效清洗机理是振动效应，而有基底损伤时有效清洗机理是振动效应和烧蚀效应；对于厚为50 μm漆层的钢铁基底，在平均功率20 W以上且搭接率为80%时，能够完全清除基板表面油漆而不损伤其基体。在保证激光功率密度和扫描搭接率适当的同时，通过提高激光器输出功率、脉冲重复频率或增加光斑直径，可以获得更好的清洗效果和更高的清洗效率。
激光技术 激光应用 除漆 激光清洗 准连续Nd:YAG激光
采用高温熔融法生长了 Er3+/Yb3+共掺杂的磷酸盐微晶玻璃,测量了微晶玻璃室温下的吸收光谱。由此吸收谱,根据 Judd-Ofelt 理论, 计算了 Er3+/Yb3+ 共掺杂磷酸盐微晶玻璃的强度参数、自发辐射几率、荧光分支比等光谱参数, 得到了吸收截面曲线, 并根据 McCumber 理论得到 1 540 nm 附近的积分发射截面。样品的强度参数为 Ω2= 6.33×10-20 cm2, Ω4=1.41×10-20 cm2 , Ω6=1.09×10-20 cm2。1 540 nm对应的积分发射截面峰值为1.8×10-20 cm2。另外, 还测量了 Er3+/Yb3+ 共掺杂磷酸盐微晶玻璃在 980 nm 激发下的上转换光谱, 讨论了 Er3+/Yb3+ 共掺杂磷酸盐微晶玻璃的上转换发光和能量传递过程。
磷酸盐 微晶玻璃 光谱性质 上转换 Er3+ erbium-ytterbium phosphate Yb3+ glass-ceramics spectral properties up conversion
1 天津大学激光与光电子研究所, 天津大学精仪学院, 天津 300072
2 光电信息技术科学教育部重点实验室, 天津 300072
3 南开大学物理科学学院, 天津 300071
在所有激光二极管(LD)侧面抽运的固体激光器的输出功率曲线中都存在一个平缓区域。通过对径向和切向热透镜焦距的理论计算, 发现平缓区域出现在径向稳区边缘, 在平缓区之后输出功率将继续升高, 并在切向稳区边缘达到最大值, 此时M2理论值最小。得出平缓区是由径向、切向稳区的共同作用导致的, 并且在切向稳区边缘可以实现高亮度激光器的结论。基于以上理论分析, 设计了一个具有简单平-平腔结构、LD侧面抽运的Nd:YAG高亮度激光器。实验中采用短腔型, 并使其工作在稳功率点, 当腔长为200 mm, 入射的抽运光功率为220 W时, 获得了输出功率为50 W, M2理论值为2的高亮度1064 nm连续激光输出。
激光器 LD侧面抽运 热透镜 径向稳区 切向稳区
1 南开大学现代光学研究所光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300071
2 天津陆海公司, 天津 300071
3 南开大学物理学院， 天津 300071
采用自主搭建的荧光检测系统，利用光纤作为传感组件，对含油岩芯固体粉末样品进行荧光光谱的直接检测，其发射波长、激发波长都得到了可与在溶液中测量相比拟的实验结果。通过对含油岩芯固体粉末的直接检测，以及采用高斯拟合方法对含石油岩芯样品的多组分进行分析，得到了相应荧光光谱的特征参数，从而可以分析含油岩固体粉末的相关特性。这种方法为快速直接分析含石油岩芯特性提供了一种新的有效途径。在采用这种新方法的同时，探讨了固体粉末中能量转移困难对于样品荧光造成的影响。
荧光光谱 固体粉末 直接检测 光纤传感
1 南开大学物理学院, 天津 300071
2 赣南师范学院物理与电子信息科学系, 江西 赣州 341000
讨论了热应力在短脉冲激光清洗油漆过程中的作用,从一维热传导方程出发,计算了由热膨胀产生的热应力以及根据粘附力公式计算出了油漆的粘附力。通过比较热应力与粘附力大小,得到激光清洗油漆的条件,进而建立一维短脉冲激光除漆模型。根据此模型可计算出：波长为1064 nm,脉宽为10 ns的激光清除铁基底上厚度为40 μm橙色漆的清洗阈值为0.5 J/cm2;不同能量密度下使得油漆脱落所需的激光作用时间;激光脉冲作用过程中铁基底的温度变化情况。实验所测得的清洗阈值为0.57 J/cm2,与理论结果接近。实验与理论都表明当能量密度过高时,铁基底的温度升高很大,超过其熔点,铁基底被损坏。并考虑了激光清洗铝基底上油漆的情况。
激光技术 激光清洗 清洗阈值 热应力 热膨胀
