哈尔滨工业大学可调谐（气体）激光技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080
在激光冲击强化（LSP）技术中，作为冲击载荷的驱动源头和能量来源，激光脉冲参数的不同选取决定着激光吸收机制取向、能量沉积程度乃至等离子爆炸行为规律的差异，进而对冲击载荷形态特征和材料表面强化效果产生重要的决定作用。本文对目前LSP技术中涉及的各类激光参数在激光驱动冲击效应中的作用机理、影响规律，以及在工艺配给上的研究和认知现状进行了综述。针对激光时域结构在决定等离子体膨爆行为和冲击载荷特征中的重要性，以及目前LSP普遍采用调Q激光器高斯时间波形的技术现状展开评述，并指出通过优化激光脉冲时域结构来提升光能向机械能的转换效率，或通过调节激光时域参数来实现精准操控冲击载荷特征具有可能性。
激光技术 激光冲击强化 表面处理 激光诱导冲击波 激光时域结构 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0500004
Author Affiliations
Abstract
1 School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
2 University of Michigan-Shanghai Jiao Tong University Joint Institute, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
Relativistic electrons moving over a periodic metal grating can lead to an intriguing emission of light, known as Smith–Purcell radiation (SPR), the precursor of the free-electron laser. The speed of light plays a critical role in the far-field emission spectrum. Inspired by this photonic SPR, here we experimentally demonstrate a photoacoustic phased array using laser-induced shock waves. We observe acoustic radiation spectrum in the far field, perfectly predicted by a universal theory for the SPR. This scheme provides a tool to control the acoustic radiation in the near field, paving the way toward coherent acoustic wave generation and microstructure metrology.
nonlinear optics Smith–Purcell radiation laser-induced shock wave photoacoustic phased array Chinese Optics Letters
2023, 21(4): 041901
1 江苏大学机械工程学院, 江苏 镇江 212013
2 江苏大学激光技术研究所, 江苏 镇江 212013
通过激光喷丸成形实验研究了不同工艺参数对2024铝合金单曲率件及S形双曲率异形件的变形方式和变形量的影响规律,分析了S形双曲率异形件的制造方法,并实验获得了三维扭曲件。结果表明,当增大激光单脉冲能量和减小试样厚度时,试样容易发生凹面成形,反之,试样容易发生凸面成形。增大冲击区面积和光斑搭接率会增大试样的变形量,但不会改变其变形方式。激光喷丸成形2024铝合金S形双曲率异形件和激光喷丸成形单曲率件的规律一致。为了获得2024铝合金S形双曲率异形件,薄板材可采用“凸面成形+凸面成形”的方式,厚板材可采用“凹面成形+凹面成形”的方式。
激光技术 激光喷丸成形 激光诱导冲击波 应力梯度 异形件 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 021407
中国科学技术大学 强激光研究所，合肥 230026
为了提高利用激光冲击波改进材料性能的技术，采用响应快、测量范围大的绝缘膜组合式高聚物压电传感器和示波器对激光诱发的冲击波进行了研究。通过测量无约束层和有约束层时的压电波形，得出相应的激光冲击波波形并进行比较。结果表明，有约束层时激光冲击波的脉宽是激光脉冲宽度的3倍左右，峰值压力较无约束层时明显提高。激光冲击波在不锈钢材料中的平均传播速度为5．72×103m／s，与声波纵波的传播速度一致。
激光技术 激光冲击波 压电传感器 传播速度 laser technique laser-induced shock wave piezoelectricity gauge propagation velocity
利用新型聚偏1,1-二氟乙烯(PVDF)压电传感器,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量,得到激光引发的冲击波峰压在铝中成指数型的衰减规律;观测了不同约束层材料在铝靶表面产生的激光冲击波,研究了不同约束层对冲击效果的影响;最后用激光冲击强化装置对7050-T7451航空铝合金结构材料进行了冲击强化处理,对试件激光冲击区存在的残余压应力及位错密度进行了测量。结果显示经激光冲击处理的试件表面具有极高的残余压应力,可达-200 MPa以上。激光冲击处理后铝合金的位错密度得到显著的提高,疲劳寿命提高到175%～428%。这些重要结果对激光冲击改性处理技术的实际应用具有指导性作用。
激光光学 激光冲击波 激光冲击强化处理 残余压应力 位错密度 疲劳寿命
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所,合肥,230031
2 中国科学技术大学强激光技术研究所,合肥,230026
对实验研制的高功率、短脉冲强激光冲击处理装置进行了输出特性研究,其输出能量不稳定度和激光脉冲功率不稳定度分别为±3.8%和±6.5%.采用透镜列阵的焦斑均匀化系统使光强分布起伏度达到±12%.并利用新型压电传感器(PVDF压电传感器)对其引发的激光冲击波压力进行了实时测量.
激光冲击处理 透镜列阵 焦斑均匀化 PVDF压电传感器 激光冲击波 laser shock processing（LSP） lens array focal spot uniformization PVDF piezoelectricity gauge laser-induced shock wave
随着高功率短脉冲激光器技术的日益成熟,高能激光和材料相互作用产生高幅冲击波技术的应用研究日趋广泛.本文介绍利用激光诱导冲击波技术在金属材料表面改性和成形方面的最新研究成果,综述了激光冲击强化、激光冲击成形和激光喷丸成形技术的机理、特点、工业应用及今后的发展趋势.
激光冲击波 表面改性 板料成形 laser-induced shock wave surface modification sheet metal forming
1 江苏大学机械学院,江苏,镇江,212013
2 中国科学技术大学,强激光研究所,安徽,合肥,230026
用不同的实验方法研究了约束层的厚度和弹性与激光冲击强化效果和变形量的关系,进而说明约束层本身的刚性对激光诱导冲击波的影响.实验表明,采用一定厚度的约束层,既能有效利用激光能量,又能获得较大的激光冲击波峰压;一定刚性的约束层比弹性约束层更能有效提高激光冲击波的峰压,从而能得到更好的激光冲击效果.
约束层 刚性 激光冲击波
1 中国科学技术大学强激光技术研究所,合肥 230026
2 中国科学技术大学力学和机械工程系,合肥 230026
利用响应快、测压范围宽的新型绝缘膜组合式高聚物压电传感器(PVDF压电传感器)以及PIN硅光二极管和PHILIPS PM3320A型示波器,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量。得到了激光冲击波在铝靶中的平均传播速度为6.38×10 3 m/s,与通常的声波纵波在铝中的传播速度(6400 m/s)很相近。激光引发的冲击波峰值压力在铝中的衰减规律是指数型的。
激光冲击波 PVDF压电传感器 传播速度 衰减系数
1 Institute of Acoustics and Laboratory of Modern Acoustics, Nanjing University, Nanjing 210093
2 Jiangsu University of Sciences and Technology, Zhenjiang 212013
Chinese Journal of Lasers B
1997, 6(1): 81
