1 大连理工大学材料科学与工程学院辽宁省先进连接技术重点实验室，辽宁 大连 116024
2 株洲齿轮有限责任公司，湖南 株洲 412000
针对球墨铸铁与合金钢异种材料焊接界面容易形成碳偏聚进而产生裂纹的问题，通过采用连续-脉冲同轴双激光焊接工艺及填充镍基合金焊丝，实现了QT500与20MnCr5的优质焊接。研究了同轴双激光中不同脉冲激光功率（360、400、440、480 W）对焊缝成形质量的影响规律，讨论了激光作用位置向钢侧偏移（偏移量）对焊接接头界面碳元素偏聚现象的影响机制，对焊接接头力学性能、金相组织及硬度分布进行了综合分析。结果表明：同轴双激光焊接工艺可用于球墨铸铁与合金钢的焊接，球墨铸铁侧的热输入对焊缝的成形质量及力学性能的影响较为显著；由于球墨铸铁侧莱氏体及马氏体的析出，断裂主要发生在该侧的熔合区；在保证熔深稳定的前提下，分别研究了不同偏移量（0.1、0.2、0.3 mm）对接头的影响，激光作用位置向钢侧偏移能够有效减小球墨铸铁侧的热输入，避免碳元素过度偏聚，力学性能得到相应的提升，断裂位置向热影响区移动，焊缝接头的强度得到优化。
激光技术 连续-脉冲双激光 球墨铸铁 合金钢 镍基合金 中国激光
2024, 51(16): 1602102
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
应用双准直光束测量滚转角时，双准直光束夹角易受环境变化、机械形变等因素的干扰，严重影响测量精度。双准直光束测量滚转角对光斑位置敏感，而偏振测量滚转角取决于入射光的偏振态，受激光角漂的影响相对较小。因此，为提升长距离下五自由度测量中滚转角的误差测量精度，提出了一种基于偏振的双准直光束测量滚转角的自校准方法，在导轨的不同位置使用双准直光束和偏振分别测量接收端的滚转角姿态，计算出双准直光束夹角，进而校准双准直光束测量结果，提升测量精度。实验结果表明：在测量范围为0.75~2.00 m内，校准后滚转角测量误差减小88.97%，满足长距离实时滚转角测量对高精度、易装调的要求。
滚转角测量 双准直光束 偏振 自校准 长距离 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2312002
1 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室，甘肃 兰州 730050
2 中国钢研科技集团有限公司，北京 100081
3 阳江市五金刀剪产业技术研究院，广东 阳江 529533
采用高功率双光束激光-金属活性气体（MAG）复合焊接技术对Q355ND钢进行焊接。通过调整双光束能量比分析激光能量密度分布对焊缝横截面成形、熔深及熔宽的影响，并获得了27 mm厚板“Y”型单面焊双面成型良好的对接接头。然后分析了焊缝区、热影响区的显微组织和主要元素分布，测定了焊接接头的显微硬度。试验结果表明，随着激光能量比的增大，焊缝熔深表现为先减小后增大的变化趋势，能量比的变化对熔宽影响较小，在激光能量比为0.75时获得了最深的焊缝熔深。通过调整能量比，所焊接的对接接头焊缝显微组织主要为铁素体和贝氏体。在焊接接头熔合线附近元素均匀分布，未出现元素迁移现象。硬度峰值出现在靠近熔合线热影响区附近，焊缝区硬度明显高于母材，热影响区硬度随着与焊缝中心距离的增加而逐渐减小。
激光技术 高功率激光 双光束复合焊接 能量比 焊缝成形 显微组织 性能 激光与光电子学进展
2022, 59(17): 1714003
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of Micro-Nano Optoelectronic Materials and Devices, 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 National Center for Protein Science Shanghai, Shanghai 200120, China
4 Engineering Research Center of Optical Instrument and Systems, Ministry of Education and Shanghai Key Laboratory of Modern Optical System, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China
A stimulated emission depletion is capable of breaking the diffraction limit by exciting fluorescent molecules with a solid Gaussian beam and quenching the excited molecules with another donut beam through stimulated emission. The coincidence degree of these two beams in three dimensions will significantly influence the spatial resolution of the microscope. However, the conventional alignment approach based on raster scanning of gold nanoparticles by the two laser beams separately suffers from a mismatch between fluorescence and scattering modes. To circumvent the above problems, we demonstrate a fast alignment design by scanning the second beam over the fabricated sample, which is made of aggregation-induced emission (AIE) dye resin. The relative positions of solid and donut laser beams can be represented by the fluorescent AIE from the labeled spots in the dye resin. This design achieves ultra-high resolutions of 22 nm in the x/y relative displacement and 27 nm in the z relative displacement for fast spatial matching of the two laser beams. This study has potential applications in scenarios that require the spatial matching of multiple laser beams, and the field of views of different objectives, for example, in a microscope with high precision.
nanophotonics stimulated emission depletion microscope aggregation-induced emission dual-beam alignment Chinese Optics Letters
2022, 20(11): 113601
1 暨南大学理工学院光电工程系，广东 广州 510650
2 广东交通职业技术学院信息学院，广东 广州 510650
3 暨南大学华文学院，广东 广州 510650
激光自混合干涉在测量时容易受到噪声的干扰，从而影响测量的精度和稳定度。为此，在利用双光反馈提高自混合干涉信号信噪比的基础上，结合随机偏振激光自混合干涉双偏振差分探测技术，进一步降低系统噪声。实验结果表明，双光反馈与双偏振差分结合使用，可将自混合干涉信号的信噪比提高7 dB。因此，所提方法和技术在自混合干涉测量中具有良好的应用价值。
物理光学 自混合干涉 双光反馈 双偏振 差分降噪 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1126001
骆志军 1,2,3刘紫玉 1,2,3王舒虹 1,2,3王端 1,2,3[ ... ]杜炘瑶 1,2,3
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学信息存储系统教育部重点实验室，湖北 武汉 430074
3 深圳华中科技大学研究院，广东 深圳 518057
集成电路的发展至今已有60余年，对更为强大性能芯片的追求使得芯片制造技术不断迭代升级。长期以来，基于紫外光源投影曝光光刻的芯片制造方法是大规模集成电路制造的唯一选择。然而，随着极紫外光刻机进入产线应用和不断性能优化，芯片制造已经进入了7 nm及以下节点。对于摩尔定律是否可以持续、极紫外光刻能否支撑未来芯片需求等问题，学术界和工业界均未形成一致的意见和具有共识的下一代光刻技术路线。相对基于极紫外投影曝光式的第五代光刻机，本文提出基于双光束超分辨技术的第六代光刻机概念，并从多个角度论述基于双光束超分辨的第六代光刻机技术的优势和潜力，同时也讨论了该技术存在的难点以及可能的解决方法。作为不同于紫外光刻技术路线的一种可替代技术路线，双光束超分辨光刻机技术将极有可能引领未来芯片制造。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922028
1 中航飞机股份有限公司,陕西 西安 710089
2 西安交通大学 金属材料强度国家重点实验室,陕西 西安 710049
采用“台阶”结构充当填充金属,开展了TC4钛合金T形接头的双光束激光焊接研究。首先对工艺台阶尺寸进行优化,采用优化台阶尺寸在不同激光功率、焊接速度、离焦量下开展双光束激光焊接试验,根据光学显微镜观察、扫描电镜观察、拉伸试验、显微硬度试验对比接头的焊缝形貌及力学性能,确定出了优化的焊接参数。结果表明：台阶尺寸为0.8 mm×0.8 mm时,焊缝表面过渡平滑,无凹陷和外凸现象发生；提高激光功率或降低焊接速度会增大焊缝熔深及结合面面积,只有当焊接速度与激光功率合理匹配的情况下,才可以获得既满足熔深要求又具有足够结合面面积的理想接头；显微硬度测试结果表明热影响区与焊缝的显微硬度均高于母材；焊缝熔深适中时有利于提高T形接头轴向抗拉强度,试验条件下接头抗拉强度达母材抗拉强度的90%以上。研究结果对于钛合金薄壁复杂结构“以焊代铆”实现机身减重和促进我国飞机**集成技术创新发展具有重要意义。
T形接头 双光束激光焊接 工艺台阶 TC4钛合金 T-shape join dual beam laser welding auxiliary step TC4 titanium alloy
为提高飞机大尺寸结构件T型接头的焊接质量,本课题组研究了新型双光束激光焊接机器人多臂协同焊接轨迹优化问题。本文提出了一种针对双侧焊缝焊接的机器人平顺高效运动的优化策略。首先,提取双曲度壁板上T型接头双侧焊缝和按压桁条的关键路径点信息,根据路径点局部坐标系相对于双光束激光焊接机器人基坐标系的转换矩阵,得到机器人三条机械臂末端的位姿表示;然后,基于双光束激光焊接机器人多轴运动链逆解计算得到机器人各关节的位移或转动角度;再采用5次B样条曲线对18个关节的位移或转动角度进行插补,以双光束激光焊接机器人高效、平稳运动为目标,建立机器人协同焊接作业轨迹优化模型;最后,采用多目标优化算法NSGA(non-dominated sorting genetic algorithm)Ⅲ进行求解,并将求解结果与NSGAⅡ多目标优化算法的求解结果进行对比,结果表明,NSGAⅢ求解计算的时间消耗比NSGAⅡ仅多3.8‰,但得到的Pareto解集的多样性提高了161.29‰,证明了NSGAⅢ优化算法的有效性。
激光技术 双光束激光焊接机器人 多臂协同 T型接头双侧焊缝 轨迹平顺 多目标优化 中国激光
2021, 48(18): 1802020
1 中国科学院云南天文台, 云南 昆明 650216
2 中国科学院大学, 北京 100049
大口径太阳望远镜中常用波片来进行偏振定标和偏振测量,为了对这类波片的延迟量和方位角进行准确测量,提出一种基于双光束检偏的波片测量系统,建立了该系统对应的数学模型。测量系统中检偏器的方位角可作为参数进行拟合,克服了单光束测量系统中检偏器方位角误差的影响;同时,根据测量系统的结构,对待测波片的延迟量范围进行分析,实现了对偏振定标和偏振测量中所使用波片的精确测量。分析了测量系统误差的主要来源,包括光源光强噪声、电机定位误差和探测器非线性响应,并对探测器非线性响应进行了校正。该方法测量1/4波片和127°波片的延迟量和方位角误差小于0.02°,测量27°~145°和215°~333°范围波片样品的延迟量和方位角误差小于0.05°。
测量 波片 延迟量 双光束检偏 非线性响应
