1 南京理工大学理学院,江苏 南京 210094
2 中国商飞上海飞机制造有限公司,上海 201324
通过测量板状材料中Lamb波的频散曲线可以反演出材料的特性参数,因而这种方法在材料表征、评价和无损检测等领域具有广阔的应用前景。基于移动激光源法测量了薄板中Lamb波的频散曲线,通过高速转镜使聚焦的激光线源在样品表面以与相应Lamb波模式匹配的速度移动,当激光移动速度与Lamb波相速度一致时,可以以较高的效率激发出此Lamb波模式。通过改变转镜的转速,即改变激光线源的移动速度,记录不同移动速度下所激发的Lamb波频谱,可以得到Lamb波的频散曲线。在此基础上,结合粒子群优化算法反演了铝板以及聚苯乙烯板中的纵波波速与横波波速。在仿真中,开展了不同模式和频厚积处频散特性对材料参数的敏感度分析,并比较了不同噪声水平下以及不同模态频散数据选取所对应的拟合效果,讨论了2500~4000 m/s相速度区间基于频散曲线的反演敏感度问题。最终基于移动激光源实验中所提取的铝板中Lamb波的频散数据进行参数反演,结果显示,纵波声速和横波声速的反演误差均小于1.5%,证明了该方案的有效性。
测量 激光超声 参数反演 移动连续激光源 粒子群优化算法
1 中国计量大学 光学与电子科技学院, 光电材料与器件研究院, 浙江 杭州 310018
2 中国科学院 上海应用物理研究所, 上海 201800
3 中国科学院 上海高等研究院, 上海 201210
4 中国科学院大学, 北京 101408
基于产生3 μm中红外激光的Er3+能量转换过程与能级体系,建立了掺铒氟化物光纤激光器的速率方程和传输方程,系统地研究了泵浦结构和光纤长度对输出功率、斜率效率以及腔内泵浦和激光功率分布的影响,为后续的实验提供理论依据。仿真确定了小泵浦功率的光纤激光器理想的光纤长度为4~8 m,最终实验选择4.7 m光纤完成了中红外掺铒氟化物光纤激光器连续激光输出光路的搭建, 在泵浦功率为5 W、中心波长为2.797 μm处实现了最大功率1.038 W、斜率效率20.4%的连续激光输出。
中红外 氟化物光纤激光器 速率方程 连续激光 mid infrared erbium-doped fluoride fiber laser rate equation CW laser
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理联合实验室,上海 201800
2 张江实验室,上海 201210
3 中国科学院大学材料与光电研究中心,北京 100049
研究了薄片激光器中晶体与热沉的封装技术和核心技术,采用薄片晶体与金刚石热沉的光胶工艺,自主设计并研制了5 mm口径的YAG/Yb∶YAG复合薄片激光模块,分析了该薄片激光模块的多通泵浦系统,建立了晶体热效应数值仿真模型,实验测量了在2.2 kW/cm2泵浦功率密度、940 nm泵浦波长下薄片晶体的热焦距为445.6 mm;采用基于光胶工艺封装的薄片激光模块搭建连续激光器,在70 W泵浦功率下获得了18.75 W功率的基横模输出,斜率效率和光光转换效率分别为36.59%和26.79%。
激光器 薄片激光器 多通泵浦 热效应 连续激光器 激光与光电子学进展
2024, 61(5): 0514003
1 中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东 青岛 266000
2 华中科技大学材料科学与工程学院,湖北 武汉430074
为了提高漆层与铝合金基体之间的结合力,往往需要进行毛化预处理。激光微织构加工技术具有环保、高效、毛化表面均匀可控等优点,而连续激光器输出的激光更加稳定、速度更快,研究连续激光微织构对漆层结合力的影响很有必要。通过控制激光功率、搭接率两个主要参量进行激光微织构加工,用激光共聚焦显微镜对微织构三维形貌进行观察并表征,用表面轮廓综合测量仪对表面粗糙度Ra、轮廓高度Rz进行测量,使用摩擦磨损试验机采用划痕法对涂层结合力进行测试,最终建立起微织构形貌、表面粗糙度和涂层结合力之间的联系。结果表明:激光功率对微织构形貌尺寸的影响比较明显;火山口和冠状形貌交错分布的微织构形貌有效地提高了漆层结合力;搭接率在0%~20%时结合力较高,平均可达36.41 N,提高54%左右;在划痕试验中,轮廓高度Rz与漆层结合力关系密切;特殊的起伏结构有效抑制了漆层大面积剥离过程。
激光技术 连续激光 微织构加工 结合力 laser technology continuous laser microwoven processing binding force
红外与激光工程
2023, 52(11): 20230129
采用1080 nm连续激光器对Q235B碳钢上的锈蚀层进行清洗,研究了激光功率以及清洗速度对清洗后试样的表面宏观与微观形貌的影响,分析了不同工艺参数对粗糙度的影响规律,并对清洗后的试样表面进行截面金相观察、元素含量以及物相分析,并结合电化学分析以及硬度检测发现,在清洗速度恒为100 mm·s-1、激光功率为4 kW时,试样表面粗糙度最小为3.94 μm,Fe含量处于峰值,O含量处于谷值,激光清洗效果最好。当激光功率恒为7 kW、清洗速度由100 mm·s-1增至500 mm·s-1时,试样表面粗糙度先减小后增大,在清洗速度为400 mm·s-1时达到最小为3.68 μm,此时激光单次扫描就能完全清洗锈蚀层,其清洗效率为20.6 m2/h。清洗后的基材表面产生重熔层,这使得锈蚀层清洗后基材表面的耐腐蚀性有相应提高,且其硬度在激光功率为7 kW、清洗速度为100 mm·s-1时相比钢材本身提升接近4倍。在Ansys中建立连续矩形光斑激光清洗模型,并与实验结果对比分析,可以通过该模型为高功率连续激光清洗工艺参数提供选择和效果预估。
激光器与激光光学 连续激光 激光清洗 粗糙度 重熔层 耐腐蚀性 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2314002
北京交通大学物理科学与工程学院,北京 100044
近年来,掺铥光纤激光器凭借其结构紧凑、光束质量好、量子效率高等优势得到了越来越多的关注。其中,高功率连续掺铥光纤激光器已经在医疗、**安全、空间通信、大气污染检测、材料加工等众多领域有了重要应用。过去近20年时间里,高功率连续掺铥光纤激光器发展十分迅速,目前最高输出功率已达千瓦量级。本文从振荡器和放大系统两个方面对以往报道的高功率连续掺铥光纤激光器进行了回顾,并给出了关于未来发展趋势的一些看法。
光纤激光器 连续激光 高功率 掺铥 激光与光电子学进展
2023, 60(23): 2300005
1 中国科学院福建物质结构研究所,光电材料化学与物理重点实验室,福州 350002
2 中国科学院大学物理科学学院,北京 100049
采用提拉法生长了1.85%Er,23.95%Yb∶Ba3Gd(PO4)3和1.95%Er,55.73%Yb∶Ba3Gd(PO4)3两种晶体(式中Er、Yb浓度为原子数分数)。测量并分析了晶体在室温下的吸收系数谱、上转换荧光谱、发射截面谱、增益截面谱和荧光衰减曲线。1.85%Er,23.95%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体在峰值荧光波长1 537 nm处的发射截面、Er3+的4I13/2多重态荧光寿命和Yb3+→Er3+的能量传递效率分别为0.54×10-20 cm2、9.9 ms和90%;1.95%Er,55.73%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体在峰值荧光波长1 537 nm处的发射截面、Er3+的4I13/2多重态荧光寿命和Yb3+→Er3+的能量传递效率则分别为0.58×10-20 cm2、9.7 ms和93%。基于975 nm半导体激光端面泵浦,在1.85%Er,23.95%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体中实现了97 mW最高功率和27.1%斜效率的1 567 nm连续激光输出,在1.95%Er,55.73%Yb∶Ba3Gd(PO4)3晶体中实现了93 mW最高功率和17.1%斜效率的1 567 nm连续激光输出。
人眼安全1.5 μm激光 激光晶体 Er3+,Yb3+∶Ba3Gd(PO4)3晶体 提拉法 光谱性能 连续激光性能 eye-safe 1.5 μm laser laser crystal Er3+,Yb3+∶Ba3Gd(PO4)3 crystal Czochralski method spectroscopic property continuous-wave laser performance
1 浙江工业大学机械工程学院,浙江 杭州 310023
2 中国科学院宁波材料技术与工程研究所,浙江省航空发动机极端制造技术研究重点实验室,浙江 宁波 315201
3 浙江工业大学激光先进制造研究院,浙江 杭州 310023
激光增材制造技术可实现高熵合金零部件的快速制造,但增材件存在表面质量差、难加工等问题。对此,笔者采用激光抛光工艺来改善CoCrFeNi高熵合金增材件的表面质量。首先通过筛选实验法和单因素实验法,研究了激光功率、扫描速度、扫描间距、离焦量、扫描轨迹和扫描次数等因素对表面粗糙度的影响规律,而后探讨了激光抛光对合金表面元素分布和微观组织的作用机制。结果表明:激光抛光技术可以有效降低增材件的表面粗糙度,离焦量和激光功率对表面质量的影响相对较大,表面粗糙度随着扫描速度、离焦量、扫描次数的增加呈现先减小后增大的趋势;经激光抛光后的高熵合金增材件表面O元素和Cr元素含量显著降低,Co元素、Fe元素及Ni元素含量略有提升,表面粗糙度较初始表面粗糙度降低了约90%;连续激光对增材件表面的作用机制主要是重熔,对表层氧化物的去除机制主要是汽化。
激光技术 连续激光抛光 CoCrFeNi高熵合金 表面粗糙度 表面形貌 中国激光
2023, 50(20): 2002304
强激光与粒子束
2023, 35(7): 071007