针对数字图像相关(DIC)实验中, 普通喷漆散斑无法满足超高温环境需求, 研究了数字散斑场(DSPs)的制作和转移方法。数字散斑场的设计通过矩阵转换确定每个散斑点的圆心坐标, 然后给每个圆心坐标施加一个随机度, 并由MATLAB软件编程实现。用激光打标技术将其转移到试件表面, 通过圆度和面积比分析了散斑的精度, 并通过平均灰度梯度法将喷漆散斑和数字散斑场进行对比分析。研究结果表明, 运用激光打标技术转移的数字散斑场精度高于普通喷漆散斑且质量稳定。将数字散斑场运用于拉伸和高温焊接实验, 实验中散斑随着试件一起变形, 没有出现脱落及遇高温融化等现象。

为了解决激光打标系统中聚焦透镜焦深短等原因导致的系统打标范围小等问题,提出了一种基于飞秒激光成丝效应进行大幅面激光打标的方法,系统地分析了打标范围和分辨率。实验结果表明:飞秒激光成丝可以有效地增大焦深,实现大幅面平面样品的打标以及曲面样品的打标,并在打标系统的有效工作范围内,使分辨率均匀性得到了提高。

塑料光纤(Plastic Optical Fiber, POF)纤芯散射点的形状和大小尺寸控制对基于半导体激光器(LD)和侧面发光POF的LCD背光源设计具有重要意义。研究了一种表面无损伤的POF纤芯散射点的激光打标方法, 基于非成像光学的边缘光线原理分析了激光打标制作POF纤芯散射点的二次聚焦过程, 推导出激光侧面入射在POF上表面时的焦点坐标的表达式计算式。实验研究了1.06 滋m波长激光在POF纤芯制作打标散射点时, 激光光束半径(打标聚焦透镜高度)、激光功率和重复打标次数对POF散射点形状和体积尺寸的影响。纤芯内散射点的检测采用650 nm激光的散射光相对光强分布进行检测, 通过显微照片的对比判断散射点的形状和尺寸。实验结果表明, POF纤芯散射点的形状决定于激光光束半径(打标聚焦透镜高度), 当聚焦透镜高度激光光束半径为束腰半径透镜焦距时, 可以得到光纤径向细而长的条散射点; 。当聚焦透镜高度小于聚焦透镜焦距时, 在POF上下两个表面附近形成漏斗状散射点。而随着激光功率增大和重复打标次数增加, 散射点的体积尺寸随着增加。单次打标时POF的激光损伤阈值约为80 W/mm2, 而要使POF散射点具有稳定的细长条状, 激光功率密度应大于140 W/mm2。

研究了一种侧面均匀发光聚合物光纤(POF)的制备方法,采用激光打标技术在POF侧面制作变栅距(VLS)光栅型散射点,建立了激光打标VLS散射点模型,该模型由深度很浅的表面凹坑和纤芯内分布着散射颗粒的散射区组成。理论推导出散射点相对散射光功率和VLS栅距的计算公式,分析了散射点的散射光功率随凹坑深度和颗粒密度的变化规律,以及不同散射点凹坑深度和不同POF侧面发光相对出射度下VLS栅距的分布规律。结果表明散射点凹坑深度的微小变化(微米量级)对散射点的散射光功率和VLS栅距的影响很大。当散射颗粒密度N<10 ⁵ mm ^-3时,散射点散射光功率变化不大;但是当N>10 ⁵ mm ^-3时,散射光功率变化明显。理论计算了不同散射点凹坑深度和不同相对出射度的VLS栅距分布曲线,并且通过实验验证了理论结果的正确性。通过调节激光打标功率,实验得到了亮度均匀度高于90%的侧面发光POF。

设计并研究了一种采用激光打标机在塑料光纤(POF)表面雕刻散射点的侧面均匀发光光纤，可用作自由立体显示器的定向背光光源。通过建立激光打标凹形散射点的POF均匀发光模型，推导了POF均匀发光的散射点坐标计算公式。针对设计的凹形散射点参数，用SolidWorks软件构建侧面发光光纤模型，用TracePro软件进行光线追迹仿真。结果表明，散射点长度半圆心角(用于表征凹形散射点的深度和横向长度)的微小变化对发光亮度均匀度影响较大，而凹形散射点轴向宽度的微小变化对POF侧面发光均匀度影响很小。对各参数进行设计优化后，得到POF半径R=0.25 mm，凹形散射点宽度d=0.15 mm，散射点长度半圆心角θ=15°，POF长度L=600 mm，TracePro软件仿真得到POF侧面发光亮度均匀度为87.5%。根据设计优化后的参数采用激光打标机进行激光雕刻POF表面散射点，得到单根POF的侧面发光亮度均匀度为80.90%。将100根侧面发光POF紧密排布成面光源，得到面光源发光亮度均匀度为88.91%。实验结果表明所提出的设计方法和制作的POF面光源能满足自由立体显示器指向性背光源设计的要求。

f-theta透镜作为激光扫描系统中必不可少的部件, 对系统工作面尺寸、测量速度、测量精度等起着决定性的作用。为改变以往f-theta透镜扫描范围小、工作波长单一等不足, 设计出了一种工作于486 nm~656 nm波段的广角f-theta透镜。通过初级像差分析, 确定系统的初级结构参数, 利用光学材料的不同色散性能分配合理的光焦度来进行色差校正。设计结果表明: f-theta镜头像散值在像差容限范围内满足平像场要求, f-theta镜头系统最大色差为3 μm, 线性畸变误差值不超过0.015%, 光能利用率接近90%, 聚焦性能接近衍射极限, 满足多工作波长、高精度激光打标机的实际需求。

为了提高激光打标系统中矢量文字的打标效率，通过分析TrueType字体轮廓结构和Bezier曲线的性质，给出一种TrueType字体轮廓直线逼近优化算法，并进行了理论分析和实验验证。该方法首先根据de Casteljau递推算法对TrueType字体轮廓中的Bezier曲线进行定比分割，然后用首尾控制点连线代替曲线，最后对逼近线段进行插值处理生成打标数据，并对比了直线逼近轮廓与标准TrueType字体轮廓。结果表明，该算法在满足精度的条件下，计算过程简单、生成的节点数少，提高了矢量文字的打标效率。

采用20W光纤激光器对黑色聚丙烯塑料进行激光打标,研究不同工艺参数对打标质量的影响规律,并通过对试验结果的分析优化出工艺参数.结果表明,打标线宽、堆高、熔深的增加与激光功率成正比,而与打标速度成反比.当打标频率增加时,堆高、熔深随之增加,而打标线宽基本不变.试验中获得良好打标效果的工艺参数如下:激光功率8 W、打标速度2 m/s、打标频率20 kHz.

分析激光打标工艺参数对不同颜色基底ABS材料激光打标效果和质量的影响。采用Nd∶YAG1064 nm端泵激光打标设备,使用不同功率、频率、焦距等参数,分别对白、粉、红、蓝和黑5种基底颜色的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)塑料进行红外激光打标,并对打标后材料的微观结构进行了表征。结果表明,不同颜色的ABS材料的打标性能各不相同,ABS材料的基底颜色对激光打标效果影响较大。实验获得了不同基底颜色ABS材料激光打标的工艺参数,为进一步研究提供借鉴。