红外与激光工程
2023, 52(4): 20220885
1 海军工程大学 兵器工程学院, 湖北 武汉 430033
2 海军92336部队, 海南 三亚 572000
3 海军工程大学 舰船与海洋学院, 湖北 武汉 430033
针对超声耦合无线电能传输系统研究的需要, 对水下超声耦合无线电能传输系统发射换能器进行选型, 确定换能器类型及工作频率。基于夹心式纵振压电换能器一维设计理论对发射换能器进行优化设计, 在深入分析圆锥形前盖板延展系数对换能器振速比和等效机电耦合系数影响的基础上, 选取的延展系数能同时兼顾换能器振速比和等效机电耦合系数均为较优值, 并据此进一步确定换能器全部结构尺寸。实际测试结果表明, 试制的发射换能器实际谐振频率为38.552 kHz, 等效机电耦合系数为0.149, 满足实际需要。
发射换能器 优化设计 一维设计理论 超声耦合 无线电能传输 夹心式压电换能器 压电陶瓷 transmitting transducer optimal design one-dimension design theory ultrasonic coupled contactless energy transfer sandwiched piezoelectric transducer piezoelectric ceramics
1 武汉大学动力与机械学院，湖北 武汉 430072
2 武汉大学弘毅学堂，湖北 武汉 430072
3 武汉大学工业科学研究院，湖北 武汉 430072
4 华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510641
金属增材制造技术具有高效成型、节省材料和短加工周期等优点，能突破传统制造工艺的局限生产出空间结构复杂的构件，深受汽车工业、航空航天和医疗器械等领域的青睐。然而，增材制造技术在成形过程中产生的未熔合、裂纹和孔洞等缺陷限制了增材制造技术在工业上的推广与广泛应用。因此，金属增材制造产品的质量控制特别是在线监测具有重要意义。超声检测是材料内部缺陷最常用的手段。相较于传统超声无损检测技术，激光超声无损检测具有非接触、灵敏度高和适用于恶劣环境等优势，可以实现快速在线监测。本文扼要地介绍了金属增材制造和激光超声无损检测的技术特点，分析了激光超声的两种作用机制，简单地介绍了激光超声无损检测的原理和检测系统的搭建，系统地总结了国内外激光超声无损检测在普通金属材料和增材制造材料上的应用进展，并对激光超声无损检测技术应用于增材制造过程进行了展望。
激光技术 金属增材制造 激光选区熔化 激光近净成形 无损检测 激光超声 中国激光
2022, 49(14): 1402803
红外与激光工程
2021, 50(8): 20210436
1 华南理工大学机械与汽车工程学院, 广东 广州 510641
2 武汉大学动力与机械学院, 湖北 武汉 430072
镍钛合金是一种常见的智能材料,具有优良的形状记忆效应,在航空航天、医学和电子等领域具有广泛应用。激光选区熔化技术能够突破传统制造工艺的局限,成形出形状复杂且性能优异的镍钛合金构件,使构件的形状、性能和功能在时间和空间维度上实现可控变化,是“4D打印”的研究热点方向之一。本文简要介绍了激光选区熔化成形镍钛合金的国内外研究进展与技术现状,分析了成形工艺、热处理工艺等对镍钛合金成形件相变温度以及形状记忆效应和超弹性两大性能的影响,总结了激光选区熔化成形镍钛合金较为适宜的工艺参数,并对SLM成形镍钛合金的未来发展进行了展望,为镍钛合金激光选区熔化“4D打印”提供参考。
激光技术 镍钛合金 激光选区熔化 相变温度 超弹性 形状记忆效应 中国激光
2020, 47(12): 1202005
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
介绍了非稳腔薄片激光器腔内像差产生的原因及特点,提出了采用离焦校正变形镜和二维变形镜组合的方式校正腔内像差的主动校正技术,在仿真和优化设计基础上,研制的离焦校正变形镜动态范围为18.52 μm(峰谷值),二维变形镜镀膜后静态面形不大于0.04 μm(均方根误差),单驱动器动态范围大于6 μm(峰谷值),交连值在30%~35%范围内。将两种变形镜放置于激光器腔内进行主动闭环校正,经过离焦校正后光束质量改善至19.5,再经过二维变形镜校正后优化至6.5,波前像差由1.504 μm(均方根误差)减小至0.185 μm(均方根误差),光束质量提高了3倍,均方根误差值提高了8.1倍。实验结果证明,组合式校正模式可以有效地改善非稳腔薄片激光器腔内像差,其技术路线是可行的。
激光器 非稳腔 动态范围 光束质量 闭环校正 中国激光
2020, 47(10): 1001004
Author Affiliations
Abstract
School of Physics and Optoelectronic Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China
A passively Q-switched erbium-doped fiber (EDF) laser is proposed and demonstrated utilizing a zirconium disulfide (ZrS2)-based saturable absorber (SA). ZrS2 nanosheets are prepared, whose modulation depth, saturation intensity, and nonsaturable absorbance are measured to be 14.7%, 0.34 MW/cm2, and 17.4%, respectively. Then, a Q-switched EDF laser is implemented by the ZrS2-SA. The pulse repetition rate varies from 40.65 to 87.1 kHz when the pump power changes from 55 to 345 mW. The shortest pulse width is 1.49 μs with pulse energy of 33.5 nJ. As far as we know, this is the shortest pulse width obtained by a ZrS2-SA so far.
060.2410 Fibers, erbium 060.3510 Lasers, fiber 160.4330 Nonlinear optical materials 320.7090 Ultrafast lasers Chinese Optics Letters
2019, 17(8): 080603
1 重庆师范大学 物理与电子工程学院，重庆 400047
2 重庆师范大学 重庆市高校光电材料与工程重点实验室，重庆 400047
3 重庆师范大学 重庆市光电功能材料重点实验室，重庆 400047
4 四川机电职业技术学院 材料工程系，攀枝花 617000
热效应是限制外腔面发射激光器（VECSEL）输出功率和光束质量的主要原因。为了优化VECSEL增益芯片有源区量子阱的设计，降低激光器的热效应，提高斜效率和输出功率，采用光致荧光谱方法，对设计波长980nm VECSEL自发辐射谱的热特性进行了实验研究。取得了不同热沉温度下边发射和面发射谱随温度的变化数据。结果表明，反映有源区量子阱自身特性的边发射谱峰值波长随温度升高的红移速率是0.5nm/K，而受到增益芯片多层结构调制的面发射谱峰值波长随温度升高的红移速率只有0.1nm/K；由于受到VECSEL增益芯片中微腔的限制，面发射谱分离为多个模式，分别与微腔的腔模对应。可见对量子阱的发射波长及微腔腔长做预偏置优化处理，可以显著改善激光器的输出性能。
激光器 外腔面发射激光器 光致荧光谱 热特性 lasers external-cavity surface-emitting laser photoluminescence spectrum thermal characteristic
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院物院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
根据高能固体板条主振荡功率放大(MOPA)激光放大器系统输出矩形光束在增益介质长度方向波前畸变的特点，针对性地研制了在一维方向上进行波前畸变校正的新型波前校正器，即一维变形镜(DM1D)。通过仿真模型对镜面厚度及粘接面形状等技术参数进行优化，设计了一个具有11 通道的主动冷却型一维变形镜，全口径静态面形峰谷(PV)值为0.17 μm，校正动态范围不小于5 μm。采用主动冷却技术，使镜面在8 kW/cm2功率密度激光长时间照射情况下温升小于1 ℃，保持了强光作用下镜面面形的稳定性。在闭环校正试验中，光束质量β因子均值从8.82提高至4.38，有效地校正了光束波前畸变，验证了该一维变形镜在MOPA 激光系统中的实用性。
光学器件 主振荡功率放大 波前畸变 变形镜 光束质量
1 中国工程物理研究院 应用电子学研究所， 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 高能激光科学与技术重点实验室， 四川 绵阳 621900
介绍了压电陶瓷快速倾斜镜以及相应的反馈和控制系统研制过程，并对快速倾斜镜进行了详细的性能测试，包括响应速度、动态范围以及闭环分辨率等重要参数。在此基础上，完成了4束激光相干合成时光轴稳定闭环控制实验。实验结果表明：系统闭环控制时，4束激光光轴的均方根抖动均小于1.5 μrad，与开环状态相比，光轴抖动量减小了80%。通过对开闭环控制结果的对比分析发现，远场光斑平均帧峰值提高了3.8倍。
相干合成 快速倾斜镜 压电陶瓷 响应速度 coherent combination fast steering mirror piezoelectric ceramics response speed 强激光与粒子束
2014, 26(3): 031009
