Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
High-repetition rate femtosecond lasers are shown to drive heat accumulation processes that are attractive for femtosecond laser-induced subwavelength periodic surface structures on silicon. Femtosecond laser micromachining is no longer a nonthermal process, as long as the repetition rate reaches up to 100 kHz due to heat accumulation. Moreover, a higher repetition rate generates much better defined ripple structures on the silicon surface, based on the fact that accumulated heat raises lattice temperature to the melting point of silicon (1687 K), with more intense surface plasmons excited simultaneously. Comparison of the surface morphology on repetition rate and on the overlapping rate confirms that repetition rate and pulse overlapping rate are two competing factors that are responsible for the period of ripple structures. Ripple period drifts longer because of a higher repetition rate due to increasing electron density; however, the period of laser structured surface is significantly reduced with the pulse overlapping rate. The Maxwell–Garnett effect is confirmed to account for the ripple period-decreasing trend with the pulse overlapping rate.
laser materials processing femtosecond laser subwavelength periodic surface structures Chinese Optics Letters
2023, 21(5): 051402
1 吉林大学电子科学与工程学院，集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
2 清华大学精密仪器系，精密测试技术与仪器国家重点实验室，北京 100084
3 吉林大学材料科学与工程学院，吉林 长春 130012
面向大数据存储，总结当前冷数据存储的主要方式及特点，针对长寿命和高容量的需求，介绍飞秒激光永久光存储的概念和基本存储内涵；围绕透明介质材料体内改性的类型，依次介绍三维光存储和五维光存储的历史发展过程；阐述了当前具有双折射特性的存储单元形成机制，超百层的高密度存储技术，225 kB/s单通道、潜在MB/s多通道的快速直写机制；并从纳米区域的电场连续性边界条件和光学衍射极限出发，展望飞秒激光永久光存储在存储容量和写入速度方面的挑战。
光电器件加工 飞秒激光 激光材料加工 光与物质相互作用 光存储 纳米光栅 中国激光
2022, 49(10): 1002504
1 浙江工业大学激光先进制造研究院, 浙江 杭州 310014
2 高端激光制造装备省部共建协同创新中心, 浙江 杭州 310014
3 苏州长光华芯光电技术有限公司, 江苏 苏州 215000
在氩气环境下对线切割316L不锈钢高粗糙度表面进行脉冲激光抛光实验,通过超景深显微镜拍摄激光抛光前后表面形貌并结合表面划线轮廓和粗糙度值,分析不同脉宽和能量作用形式下抛光表面形貌的演变规律和脉冲激光抛光作用机制。研究结果表明:在相同的单脉冲能量下,随着脉宽增加,表面由原始的“高峰深谷”形貌逐渐演变为“低峰浅谷”形貌,粗糙度由Ra=3.79 μm降至Ra=0.95 μm,下降74.9%。激光脉冲能量作用形式逐渐由“低频高能”向“高频低能”转变时,激光作用光斑痕迹逐渐消失,原始表面的峰谷均逐渐减少,激光抛光机制逐渐由“气化”和“熔凝”共同作用的方式转变为单纯的“熔凝”方式。粗糙度降低的最主要原因是激光对表面小凸峰的平滑作用。
激光技术 激光材料加工 脉冲激光 激光抛光 表面形貌 表面粗糙度 中国激光
2021, 48(14): 1402003
1 中国民航大学适航学院, 天津 300300
2 中国民航大学中欧航空工程师学院, 天津 300300
采用机械混合法制备SiC/AlSi7Mg混合粉末,利用激光选区熔化(SLM)技术成形SiC/AlSi7Mg复合材料试样,研究复合材料的物相组成、微观组织和拉伸性能。结果表明:SiC/AlSi7Mg复合材料试样的相对密度最高能够达到99.2%;试样微观组织与典型SLM成形铝合金的组织相似,在铝基体中存在均匀分布的SiC及原位反应产生的Al4SiC4增强相,SiC与铝基体间形成了较强的界面结合。与铝合金相比,复合材料的强度明显提高,抗拉强度达到452 MPa,屈服强度达到280 MPa,但伸长率下降到4.5 %;复合材料的主要断裂模式为脆性断裂。
激光技术 激光材料成形 激光选区熔化 铝基复合材料 微观组织 拉伸性能 中国激光
2021, 48(10): 1002123
1 浙江工业大学机械工程学院，浙江 杭州 310023
2 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室，浙江 杭州 310023
激光去除材料作为激光在工业生产中的重要应用，具有非接触、效率高、加工精度高等其他加工技术无法比拟的诸多优势。本文从单一激光束去除材料和激光复合减材技术两个方面进行阐述，介绍了激光打孔、激光切割、激光烧蚀、激光光刻这四项激光加工技术，并将其与其他加工技术进行了对比；此外，本文还介绍了以激光去除材料为主、多能量场为辅的激光复合技术，并针对单一激光束去除材料技术难以高效加工沟槽的问题，介绍了一种电磁场辅助的激光沟槽加工方法。
激光技术 激光材料加工 激光打孔 激光切割 激光烧蚀 激光复合制造 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0500008
北京航空航天大学机械工程及自动化学院, 北京 100191
电性能优良且成本低廉的铜微纳结构在柔性电子领域中展现出广阔的应用前景。激光直写因其快速灵活且可控性高等优势,成为铜微纳结构的高效加工方法之一。概述了微纳结构激光加工的技术特点,随后针对激光直写铜微纳结构展开论述。重点分析了前驱体成分及激光工艺参数对铜微/纳观结构及电性能的影响,探讨了激光直写在铜微纳结构可控制备中的优势。列举了所得结构在柔性电子器件制造中的典型应用场景,分析了典型器件的工作机理。此外,对激光直写微纳结构的未来发展趋势进行了展望。
激光制造 激光材料加工 纳米材料 纳连接 柔性电极
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Technology Center, Huagong Laser Engineering Co., Ltd., Wuhan 430000, China
One-step precipitation of Ag nanoparticles in Ag+-doped silicate glasses was achieved through a focused picosecond laser with a high repetition rate. Absorption spectra and transmission electron microscopy (TEM) confirmed that metallic Ag nanoparticles were precipitated within glass samples in the laser-written domain. The surface plasmon absorbance fits well with the experimental absorption spectrum. The nonlinear absorption coefficient β is determined to be 2.47 × 10-14 m/W by fitting the open aperture Z-scan curve, which originated from the intraband transition in the Ag band. The formation mechanism of Ag-glass nanocomposites is discussed as well.
nonlinear optical materials laser materials processing microstructure fabrication Chinese Optics Letters
2021, 19(1): 011901
光子学报
2020, 49(10): 1022001
1 大连理工大学材料科学与工程学院, 辽宁 大连 116024
2 沈阳鼓风机集团股份有限公司, 辽宁 沈阳 110869
3 吴忠仪表有限责任公司, 宁夏 吴忠 751100
采用激光焊打底和冷金属过渡(CMT)焊填充的工艺对FV520B钢进行焊接,研究了不同工艺参数下接头的组织和性能。激光打底焊后,焊缝熔化区的组织主要包括原奥氏体晶粒内平行排布的板条马氏体以及分布于原奥氏体晶界和马氏体板条界的δ铁素体;激光焊熔合线位置存在呈连续和离散状分布的δ铁素体。随着CMT填充焊热输入的增加,熔宽、熔深及热影响区的宽度均增加,激光打底焊热影响区和熔化区的组织特征逐渐消失;当CMT填充焊的热输入较低时,在紧靠填充焊熔合线的受热影响的激光焊熔化区(HALWFZ)内,晶粒在高温热影响下变为等轴状,并且随着到熔合线距离的增加而变小;当热输入量较高时,激光焊熔化区的柱状晶组织均转变为等轴晶且晶粒较大。与激光焊相比,填充焊后焊缝横截面在水平方向各区域的硬度分布更加均匀;随着填充焊热输入增加,HALWFZ的平均硬度先增大后减小。填充焊熔化区(FWFZ)的平均硬度低于激光焊熔化区(LWFZ);LWFZ在靠近熔合线处的硬度最低。填充焊后激光焊区域的强度大于母材,填充焊区域的强度小于母材。随着填充焊热输入增加,激光焊区域的冲击韧性增加。电化学腐蚀试验表明,随着热输入增加,LWFZ的腐蚀电位先升高后降低;填充焊前和填充焊后LWFZ的耐蚀性均高于母材。
激光技术 激光材料加工 激光打底焊 力学性能 耐蚀性 中国激光
2020, 47(11): 1102001
1 北京交通大学机械与电子控制工程学院, 北京 100044
2 中车长春轨道客车股份有限公司, 吉林 长春 130062
基于ABAQUS软件建立了考虑搭接界面接触约束的顺序耦合热-弹塑性有限元模型,研究了完全熔透和部分熔透搭接激光焊接接头的温度场、残余应力场以及焊接变形,并通过试验验证了模型的准确性。结果表明:完全熔透焊接接头由于热输入量较高,其高纵向残余应力区的范围比部分熔透焊接接头宽约30%;由于部分熔透板材对焊缝金属自由膨胀的约束强于熔透板材,故部分熔透焊接接头下板搭接界面的横向残余应力峰值(198 MPa)大于完全熔透焊接接头;部分熔透焊接接头上下表面之间的横向收缩差异明显大于完全熔透焊接接头,从而导致部分熔透焊接接头沿板厚方向的焊接变形更大。
激光技术 激光材料加工 搭接焊接接头 完全熔透和部分熔透 残余应力 焊接变形 数值模拟
