1 中国航空工业集团公司 北京长城计量测试技术研究所，北京 100095
2 中国科学技术大学 地球与空间科学学院，安徽 合肥 230026
在瞬态高速测速场景中，目标物体在几十ns时间内能加速到几~几十km/s，因此光子多普勒测速系统中电学数模转换器件带宽要求达到GHz甚至上百GHz。时间拉伸光子多普勒测速系统利用飞秒激光时间拉伸特性，在光域中完成信号降频处理，降低了光电信号探测器件和电学数模转换器件带宽压力。提出了改进的时间拉伸光子多普勒测速系统，飞秒脉冲经过第一级色散器件充分展宽铺满整个时域，避免了速度信号的采样间断；信号解调上采用误差补偿算法对频移信号进行补偿，减小了因为位移引入的系统误差，从而增加了有效记录时间。实验使用纳秒激光驱动铝膜产生高速飞片，测试了文中测速系统在记录时间1.2 µs内的实验效果。实验使用重频50 MHz飞秒光源，第一级和第二级色散器件分别使用200 km和100 km单模光纤，构成比例因子2/3。最终实验表明系统将3.6 GHz的多普勒频移信号降低为2.4 GHz，通过与光子多普勒测速系统进行结果比对，实验动态误差小于5%。该系统将能够应用于多种动高压技术加载飞片场景下的速度进行测量，为瞬态高速测量领域提供了新的测量手段。
超快测量 光子多普勒测速 时间拉伸 激光驱动飞片 瞬态高速 ultrafast measurement photon Doppler velocimetry time-stretched laser-driven flyer transient high-speed 红外与激光工程
2022, 51(9): 20210809
中国工程物理研究院流体物理研究所, 四川 绵阳 621900
针对分幅面成像任意反射面速度干涉仪(VISAR)时间分辨和速度分辨的不足，研制了一套超高时间分辨空间相移面成像VISAR。用双VISAR干涉腔光路解决超短脉冲相干性问题，实现超高时间分辨；用沃拉斯顿棱镜代替传统点VISAR中的偏振分束棱镜分光实现简洁的空间相移光路；以梳状干涉条纹作为信号载体实现空间分辨；用空间变换方法实现相移条纹的像素匹配；再由四路推挽式信号处理方法获得相位，进而获得全场速度分布。该套面成像VISAR具有150 ps时间分辨和6 m/s速度分辨。用其测量了激光驱动铝膜飞片的速度场，给出了全场速度分布。实验结果验证了超高时间分辨空间相移面成像VISAR的可行性。
测量 全场速度 空间相移 激光驱动飞片 干涉条纹 中国激光
2014, 41(s1): s108002
提出了一种激光驱动飞片微塑性温成形方法，采用波长1064 nm的YdYAG激光器进行了温成形实验，对T2紫铜成形件三维形貌进行观测，分析了温度（25 ℃，100 ℃，150 ℃，200 ℃）与激光能量（1020，1380，1690，1900 mJ）对成形深度的影响；使用纳米压痕仪研究了成形件成形区域硬度变化规律，并对成形机理进行了初步分析。结果表明，激光驱动飞片微塑性温成形方法可以获得较好的综合性能：不仅可以提高紫铜温成形能力，而且可以适当增强冲击区域硬度。分析认为，激光驱动飞片微塑性温成形是激光驱动飞片冲击强化机制与温度软化机制相互竞争的结果。
激光技术 微塑性温成形 激光驱动飞片 纳米压痕
激光驱动飞片加载金属箔板成形技术是一种新型微成形技术，其飞片的结构和性能是影响该技术成形能力和质量的主要因素之一。通过Spitlight 2000 NdYAG激光器探究了复合飞片（主要由黑漆吸收层、聚酰亚胺隔热层和铝飞片组成）对激光驱动飞片加载金属箔板成形性能的影响。实验结果表明复合飞片能够增大工件的最大成形深度，同时工件形貌中心与模具中心的对中性更好，证明复合飞片在成形过程中对冲击波具有增压和均压作用，能够提高该技术的成形能力和质量。讨论了复合飞片提高成形能力和质量的原因，同时探究了激光能量和聚酰亚胺薄膜厚度对成形性能的影响。
激光技术 微成形 复合飞片 激光驱动飞片 成形能力
江苏大学机械工程学院, 江苏省光子制造科学与技术重点实验室, 江苏 镇江 212013
由于目前的微塑性成形技术存在尺寸效应、成形不均匀、加工效率低、成本高、污染环境等问题，讨论并研究了一种新的微成形方法激光层裂微成形技术。建立了理论模型分析研究在激光驱动飞片加载下薄膜与基体层裂及薄膜微成形的影响因素，设计并完成了实验，考察了激光能量、薄膜厚度及薄膜种类对激光层裂微成形的影响。研究发现，该技术可以实现薄膜微成形，激光能量大小及薄膜的种类是影响薄膜与基体层裂的关键因素，一定范围内薄膜厚度对薄膜成形影响较小，但是超出其范围对薄膜成形将有重要影响作用。因此，激光层裂微成形是具有应用前景的可控制与可操作的薄膜微成形技术。
激光技术 薄膜 微成形 激光驱动飞片 层裂 激光与光电子学进展
2013, 50(4): 041403
江苏大学 机械工程学院 江苏省光子制造科学与技术重点实验室,镇江 212013
为了满足微成形技术产业化的需求,讨论了一种新的微成形方法——激光驱动飞片加载基体/金属薄膜层裂微成形技术，结合激光辐照效应及波的反射规律阐述了层裂微成形原理；优化了基体/金属薄膜层裂工艺，并且根据能量守恒原理，估算了层裂片的应变率和激光诱导冲击波的峰值压力。结果表明，随着脉冲能量的逐渐增大，工件层裂现象不断明显，直到金属薄膜上最后出现与模板微结构相同的特征结构，但基体始终保持完好，未出现裂纹或变形。通过激光驱动飞片加载基体/金属薄膜实现层裂微成形是可行的。
薄膜 微成形 激光驱动飞片 层裂 thin film micro-forming laser driven flyer spallation
针对传统微小孔制造工艺在加工过程中遇到的微冲头的制造、冲头与模具的对准性等难题，提出一种基于激光驱动飞片技术实现对工件微冲裁的新工艺。由于飞片在强激光的辐照下会产生较高的动能，当其碰撞到工件上时会产生强大的动态加载压力，结合模具的限制作用，便可实现对工件的冲裁。利用微铣刀在印刷电路板上加工出直径为1 mm的微小孔作为模具，调节作用于飞片上的激光能量大小，实现了对铜箔工件的冲裁，利用XTZ-FG型体式显微镜和蔡司公司AxioCSM700真彩色共焦扫描显微镜对实验结果进行了观察，发现冲裁后的工件不但具有规则的圆孔特征，而且具有较好的光洁度。用数值模拟的方法对该冲裁过程进行分析，证明了该工艺的可行性，为减少实验次数、优化工艺参数奠定了基础。
激光加工 微孔制造 冲裁 激光驱动飞片 数值模拟 光学学报
2011, 31(s1): s100121
1 北京卫星环境工程研究所, 北京 100094
2 成都精密光学工程研究中心, 成都 610041
介绍了影响激光驱动超高速发射技术的各种因素。分析了激光能量、激光光束空间分布对飞片发射速度及完整性的影响和飞片靶镀膜工艺对飞片速度及完整性的影响。结果表明：空间分布为“平顶型”的激光束有利于发射出完整的飞片。在膜与基底之间增加过渡层Cr可以大大提高膜与基底之间的附着力, 从而提高飞片的发射速度。实验上利用波长1 064 nm、脉宽10 ns、能量835 mJ的激光使厚度5 μm、直径1 mm的铝飞片的发射速度达到10.4 km/s。大大提升了对微米级空间碎片速度的发射能力。
激光驱动 飞片靶 附着力 超高速发射技术 laser-driven flyer coating adhesion hypervelocity launch technology 强激光与粒子束
2010, 22(12): 3011
江苏大学机械工程学院江苏省光子制造科学与技术重点实验室, 江苏 镇江 212013
介绍了激光驱动飞片加载金属箔板成形的方法。采用激光驱动飞片的Gurney 模型, 计算得出功率密度0.64 GW/cm2时, 10 μm厚的铝飞片速度可达到250 m/s, 碰撞压力为1.9 GPa, 是约束模型下激光诱导压力的3倍左右。表明激光驱动飞片加载的成形能力显著高于激光直接冲击; 采用LS-DYNA软件数值模拟了激光驱动飞片加载铝箔微成形过程, 发现冲击载荷下飞片应力、速度变化的模拟结果与理论计算吻合度较好, 验证了激光驱动飞片加载机制的正确性。
激光技术 激光驱动飞片 加载机制 金属箔板成形 数值模拟
江苏大学机械工程学院, 江苏省光子制造科学与技术重点实验室, 江苏 镇江 212013
提出了一种新的微成形方法——激光驱动飞片加载金属箔板微成形技术, 结合飞片速度模型和加载压力模型阐述了成形机理, 利用10 μm厚的铝箔进行了初步成形实验。在体式显微镜下观察成形后的铝箔表面光滑, 并且与模具的贴合程度较高, 表现出很好的成形精度。考察了激光能量对铝箔成形深度的影响。通过表面轮廓形貌测量仪检测发现, 成形深度受激光能量的影响比较大。在光斑直径为1 mm, 单脉冲激光能量为25～40 mJ时, 铝箔成形深度随激光能量基本呈线性关系增加, 单脉冲激光能量在45～50 mJ时, 铝箔由于破裂成形深度大幅增加。
激光技术 微成形 激光驱动飞片 金属箔板
