非共轴激光共焦显微技术是近年来激光共焦显微成像领域发展起来的一种新型成像方法。该成像方法将被测样品与照明光轴成一定角度放置,使得照明光轴与采集光轴形成一定的夹角,减小系统合成焦体体积、提高轴向分辨力。与传统的共焦显微技术相比,该方法可以有效兼顾激光共焦显微系统的轴向分辨力、工作距和视场大小。介绍了非共轴激光共焦显微技术的成像原理,详述了共焦theta显微技术和双轴共焦显微技术这两种典型的非共轴激光共焦显微技术的研究现状和发展趋势,简述了在双轴共焦显微技术领域的研究设想。

报道了采用激光二极管(LD)阵列部分端面抽运Nd:YVO4板条声光(AO)调Q激光输出特性。实验中采用了平-凹稳定谐振腔,输入镜曲率半径500 mm,输出透射率为T=35%,腔长为L=110 mm。Nd:YVO4板条晶体尺寸为12 mm×10 mm×1 mm,a轴切割,c轴平行于12 mm方向,掺杂浓度为0.3%。在抽运功率为104 W,重复频率为40 kHz时,得到最高平均输出功率为40 W,单脉冲能量为1 mJ,脉宽为42.2 ns,光-光转换效率为38.4%;在重复频率为20 kHz时,得到最高平均输出功率为33.3 W,单脉冲能量为1.66 mJ,最短脉宽为21.1 ns。

通过对钛宝石激光器谐振腔的像散补偿、稳区、模式匹配和调谐元件设计等问题的分析,设计了短腔长、稳定性好的连续单频可调谐钛宝石激光器。利用自行研制的4 W连续单频绿光激光器作为抽运源,在波长为780 nm处获得了670 mW的连续功率输出,其长期功率稳定性优于±0.4%,输出激光的光束质量因子M2<1.1。利用自行设计的锁相环路和电子伺服系统(PI电路)对激光器进行锁定,锁定后在整个波长调谐范围(750-810 nm),钛宝石激光器10 s内的频率稳定性均优于±188 kHz,15 min内的频率稳定性优于±3.28 MHz。

报道了542.7 nm连续输出的全固态倍频绿光激光器。采用三镜折叠腔结构,用20 W激光二极管(LD)抽运掺杂钕原子数分数为0.2%的Nd:YVO4晶体,选择长度为10 mm的II类临界相位匹配磷酸氧钛铷(RTP)晶体进行腔内倍频,获得了542.7 nm激光输出。当注入抽运功率为19 W时,倍频绿光激光最大输出达2.4 W,光光转换效率为13%,绿光激光输出功率稳定度在30 min内优于2.8%,光束质量因子M2=1.22。

在高功率激光二极管阵列(LDA)侧面抽运模块研究中,高效率高质量的抽运耦合结构设计非常重要。为了对抽运耦合结构进行优化设计,需要对棒状增益介质内的抽运储能分布实现量化评价。由于用于激光谐振腔和放大光路的激光二极管抽运模块的抽运储能分布要求不同,因此对激光振荡模块和放大模块中的抽运储能分布分别建立了一套评价方法。分别对激光振荡模块和放大模块中的抽运储能分布进行实例评价分析,结果表明,所提出的评价指标和计算方法既能充分反映出放大模块中抽运储能分布的储能沉积效率和抽运均匀性变化情况,也能反映出激光振荡模块中抽运储能分布与谐振腔模分布的匹配程度。

利用饱和吸收的方法得到了铯分子在780 nm附近X1Σ+g→B1Πu能级跃迁吸收带的一段饱和吸收谱,利用铷87Rb原子饱和吸收谱的5S1/2(F=2)→5P3/2(F′=2)的跃迁线为标准确定这一段饱和吸收谱的位置。实验中对其中的5条吸收峰进行了仔细观测,利用其中的一条饱和吸收峰“R5”对780 nm半导体激光器进行了稳频。测得稳频后的激光在800 s内频率的漂移小于1.5 MHz,从而提供了一种利用铯分子饱和吸收峰对780 nm半导体激光器进行稳频的新方法。此激光可以用于制备超冷基态铯分子,同时也可作为光通信波段1560 nm处的倍频参考光。

中国科学院“计划”项目资助课题。

针对内腔拉曼黄光激光器谱线中存在拉曼激光的实际情况,在考虑石英晶体的双折射率色散特性的情况下,将石英晶体和偏光棱镜组合设计成一种用于内腔拉曼黄光激光器590 nm谱线提取的石英晶体双折射滤波器。利用Müller矩阵和斯托克斯参量对双折射滤波器的滤波设计原理进行了分析。以内腔拉曼黄光激光器作为光源,利用AQ-6315A型光谱仪对双折射滤波器的滤波效果进行了测试。实验结果表明,滤波后出射光中已显示不出波长1180 nm激光的存在,从而保证了倍频激光590 nm的纯度。这种双折射滤波器结构简单,操作方便且不改变光的传播方向。

提出了一种新颖的基于人工神经网络(ANN)和遗传算法(GA)的激光器参数全局优化方法,建立激光器输出功率的人工神经网络模型,来模拟激光器参数对输出功率的综合影响机理,进而以该模型作为目标函数,采用遗传算法对激光器参数进行全局优化。以平凹腔单横模氦氖激光器为例验证了该方法的可行性和有效性。对相同参数的激光器,人工神经网络模型的仿真数据与实验数据的均方根误差为0.0127 mW。应用该方法对其他参数全局优化后激光器预期输出功率比实验室已有的同等尺寸的激光器大,说明了该方法的有效性。

在基于激光陀螺(RLG)的单轴旋转惯性导航系统中,由于惯性测量单元(IMU)绕z轴旋转,使得水平方向的惯性元件的误差量能在很大程度上自动对消,因此系统的导航精度主要由z向陀螺的零偏估计精度决定。提出了一种基于姿态解算的z向陀螺零偏的估计方法,并进行了理论分析与实验论证。实验结果表明,能有效地估计出单轴旋转惯性导航系统的z轴零偏值,使系统达到较高的导航精度。

采用中红外(MIR)激光和紫外(UV)场所构成的组合场作为产生阿秒脉冲的驱动光源,利用分裂算符方法求解了一维模型氦原子在强激光场中的含时薛定谔方程,获得了由波长为1400 nm和78 nm形成的组合场驱动氦原子产生的高次谐波谱和阿秒脉冲,并通过调节组合场中两束激光的时间延迟,提高一个电子轨道对谐波的贡献,而抑制另一个电子轨道的贡献,得到的单个阿秒脉冲比红外场和紫外场作为驱动源产生的脉冲更短。

在传统GS算法的基础上,根据角谱传播理论并引入一简单的梯度,提出一种快速、高精度相位恢复迭代算法--加速角谱迭代法。该算法使用三个面(即一个输入面和两个输出面)的强度信息恢复输入面光场的相位分布。数值模拟结果表明,该算法能在二维情况下快速准确地恢复各种输入面光场的相位分布,并且大幅度地提高了复杂光场的相位恢复精度。在模拟实验中多次选取随机初始迭代值,该算法的收敛结果唯一,表明算法有良好的收敛性能。

在建立1550 nm激光相干雷达探测系统的基础上,对运动目标微多普勒效应的探测进行实验研究。利用小波多尺度分析将实验所得到的时域信号分解为不同尺度下的信号成分,对包含微多普勒特征的信号成分进行重构(逆小波变换),从而获取了目标的微多普勒特征。为了更好地分析目标运动特征和估计运动参数,使用短时时-频分析方法对获取的信号做了进一步的处理。实验结果分析表明,该系统可有效地探测运动目标的微多普勒信息,且多尺度分析方法和短时时-频分析方法的联合应用可有效地提取运动目标的微振动信息。

建立了400 mm×400 mm口径单脉冲普克尔盒实验装置,采用小尺寸KDP晶体替代方案,完成了对400 mm×400 mm口径内不同区域时间特性的研究,并以此为依据获得使用全尺寸KDP晶体时普克尔盒的时间特性。通过对普克尔盒参数的优化设计,实现了全口径大面积高电导率等离子体的形成,气体击穿稳定,实验测得的普克尔盒不同区域的开关效率均大于99.5%。计算结果显示,在1200 Pa以及2000 Pa放电气压下,全尺寸KDP晶体普克尔盒的开关上升时间分别为78.4 ns和80.7 ns。

提出了一套用于远距离目标成像的实验设备,介绍了单狭缝条纹管激光成像雷达(STIL)四维(4D)成像实验平台的实验过程。利用这套设备得到了702 m目标条纹像,解释了条纹像和目标之间的对应关系,用多幅条纹像重构了目标的四维图像。简要分析了狭缝、束散角等参数对成像精度的影响。实现了单狭缝条纹管激光成像雷达对远距离目标的成像,且距离分辨率可以达到0.5 m。

目前利用常见的一些光学CAD软件来完成复杂光学系统的鬼像规避设计工作还存在不足,需外部辅助程序的干预才能获得更直观的计算结果。用自编辅助程序处理ZEMAX执行结果,快速得到复杂光学系统的鬼像分布图的方法。该方法得到的计算结果正确,给出的鬼像分布图形象且直观,可读性好,对高功率激光装置的设计有重要帮助。

提出一种具有快速层析成像以及光谱分辨功能的多光子激发荧光显微技术。采用微透镜阵列产生激发光点阵,利用线扫描方式扫描阵列点,对样品进行多线并行多光子激发,利用棱镜色散荧光信号,同时,利用面阵CCD并行记录光谱分辨的多线荧光信号。采用4×4的微透镜阵列,仅需要记录128幅图像,即可重构512 pixel×512 pixel的光谱分辨荧光显微图像。对多色荧光珠、染色铃兰根茎以及花粉颗粒等样品进行实验,得到样品的双光子激发荧光光谱分辨图像,光谱测量范围为450-700 nm,光谱分辨率为3 nm。

光镊作为操纵微小物体的有力工具,通常用来捕获微小物体并控制其运动。利用光镊激光焦点处高度集中的热能量以及光镊的搬运作用,可以精确控制溶液中析出晶体的形状及控制沉淀反应中沉淀颗粒的排列方式,以此可作为制作微型器件的一种手段。分别采用激光诱导快速结晶法和激光辅助沉淀法,制作了以硫酸铜和碳酸钙为基质材料的微型器件。研究了影响晶体析出速度的不同因素,探讨了适于辅助沉淀法生长器件的沉淀反应的类型。相比之下,结晶法生长器件效率高,而沉淀法制作的器件稳定性高。所建立的实验装置和方法拓宽了光镊的应用领域,提供了精细制作微型器件的一种新方法。

光束合成是高功率固体激光器进一步发展的重要途径,其中各子束的相位锁定是实现相干合成的关键。分析了4束矩形光斑在光束合成中子束相位探测方法,建立阵列光束在锁相闭环下的光束合成模型。采用外差法探测子束与参考光束形成的拍频信号,通过异或电路及滤波电路得到直流信号,计算出该子束的相对相位差;将相位差转换为相位调制控制器的驱动电压,从而实现子束的相位闭环控制。利用模型研究了锁相开环、闭环下,不同子束间相位差、随机像差对合成光束远场强度分布的影响。模拟结果显示,锁相闭环下可以实现各子束与参考光束相位一致。另外讨论了影响闭环控制下相位残差的因素。

提出了一种迭代算法,该算法基于G-S算法,利用光束角谱传播公式迭代出补偿近场光强分布所需的相位,使光束近场的场强得到控制。在此算法的基础上,设计一套自适应光学系统以实现对光束近场场强的控制,并通过数值模拟和实验验证了该方法的可行性。实验结果表明,经过自适应系统校正后近场光强分布与理想光强分布的振幅相似度ε值从未校正前的0.718提高到0.966,表明系统对光束的近场场强控制有较好效果。

利用相位型空间光调制器产生可控波前畸变,对单链路光束波前畸变对相干合成系统相位控制的影响进行了实验研究。结果表明,当波前畸变均方根(RMS)较小(小于π/10)时,相位控制系统性能基本不受波前畸变的影响。随着波前畸变均方根值的增大,远场条纹逐渐发生不同程度的漂移,相位控制系统不再能够完全锁定各光束的相位,存在一定的相位控制残差。当波前畸变均方根值大于等于π时,相位基本不能被锁定,相位控制系统失效。实验结果对相位控制系统的影响对相干合成高能激光系统的工程实践具有参考价值。

针对以往研究未在最佳解调下讨论脉冲位置调制(PPM)差错性能的不足及数字脉冲间隔调制(DPIM)调制结构不利于误符号率(SER)分析的问题,基于湍流信道,提出极大似然判决(ML)下PPM误符号率精确计算式及其联合界和一种基于包传输的DPIM误符号近似计算模型,并应用成对差错率原理,推导了系统误符号率与误比特率(BER)的变换关系。仿真分析表明,联合界为PPM提供了便于分析的降复杂度误符号率近似上界,ML下PPM较易受湍流变化影响,但性能明显优于开关键控(OOK)和DPIM,DPIM误符号率及误比特率不及OOK,适于出错重传系统,单工通信中则不宜使用。所给建模方法及分析结论对其他定长及变长调制具有适用性。

以耦合模理论导出的超模为基础,推导出适用于双芯光纤矩形折射率分布长周期光栅(LPG)计算的理论方法,给出了输出的一般解析表达式。针对两纤芯完全相同的双芯光纤上写入两同步均匀且完全相同光栅的特殊模型,给出了单芯输出可用于直接计算的一般解析表达式,这种模型中光栅的影响表现为各波长上的附加相位和谐振波长的偏移,可以用于双芯光纤谐振波长的调整和可控的相位变化。对于两光栅仅有折射率变化幅度差异的模型,给出了数值模拟结果,讨论了这一因素对输出的影响。

提出并实现了一种基于多纵模分布布拉格反射(DBR)光纤激光器的有源位移传感器,利用多纵模DBR光纤激光器的各纵模之间的拍频(LMB)进行传感。该传感器采用等强度悬臂梁结构,通过激光器各纵模之间拍频的变化来测量悬臂梁自由端的位移。在-60.17-59.75 mm的位移变化范围内,拍频从273.85-272.908 MHz基本成线性变化,线性拟合度达到0.9993,与理论推导相吻合。重复测量表明,该传感器的稳定性很好。根据测量仪器的最小分辨度以及频谱线宽,该传感器的测量精度为3.8×10-3 mm。

提出一种新的多级联线性啁啾光纤光栅密集梳状滤波器,该结构由多个相同的线性啁啾光纤光栅(LCFBG)组成,并对其光谱特性进行了模拟和分析。研究表明,滤波通道间隔由单元光栅构成的法布里-珀罗(F-P)谐振腔的长度确定,通过选择合适的光栅总啁啾量、光栅折射率调制深度和光栅级联数,可以获得反射率高、响应谱宽的多通道滤波效果。采用多级联方式,在较小折射率调制深度的情况下,可以实现高反射率,降低了通常对光栅折射率调制深度的要求。该结构由相同的线性啁啾光纤光栅级联而成,可以采用同一个光栅模板制作,容易实现。

针对应用最为广泛、可靠的光纤光栅(FBG)埋入式封装,进行了光纤光栅标准化封装设计的理论和实验研究。通过对光纤应变传递分析模型的边界条件和变形协调条件,以及现有主要应变传递特征方程的分析,构造静定应变传递特征方程,得到光纤光栅封装结构统一的应变传递关系,从而建立光纤光栅标准化埋入式封装设计统一的基本理论模型。对封装元件的实验测试结果表明,基于经典剪滞理论及Ansari应变传递分析模型得到的理论模型,对由较低模量的粘接材料构成的封装元件的设计和分析较为可靠。

长周期光纤光栅(LPFG)传感器具有非常广泛的应用价值,低成本、高精度解调技术是实用化的关键。利用全反射特性的光纤环形镜和2根LPFG构成干涉仪,采用法布里珀罗(F-P)可调滤波器对某级干涉小峰进行波长扫描,借助探测器和示波器对信号光波在驱动信号周期内所形成的两负脉冲间隔进行测量,实现信号解调。利用此系统对质量浓度从0到饱和的蔗糖溶液进行测量,测得系统传感灵敏度的实验值为0.04 ms·L /g。

介绍了光纤布拉格光栅(FBG)传感器的基本原理及优点,开发了基于光纤光栅技术的温度传感器和应变传感器,并对它们的工作特性进行了分析。应用自行封装的光纤光栅传感器,监测了碳纤维复合材料固化过程中材料内部的温度变化和收缩应变。实验结果表明,使用光纤光栅传感器对复合材料固化期收缩应变监测时需进行温度补偿。光纤光栅传感器为复合材料固化监测及分析提供了一种新的工具,是监测复合材料固化过程的理想器件。

依据集成照相术(IP)和计算机图形学原理,提出了一种新的单波长激光在同一种记录介质上一次曝光记录虚拟三维物体的彩色全息图的方法。首先利用计算机图像处理技术对彩色虚拟三维物体进行三原色分解,并对分色后的三维物体进行坐标变换,模拟全息集成照相过程计算获取具有水平视差的三原色体视图序列,再利用彩虹全息术的狭缝进行消除色串扰,实现单波长激光一次曝光记录彩色全息图。理论上分析了该方法的可行性,并进行了实验验证,讨论了影响全息图再现像分辨率的因素。

结合计算机断层成像算法与吸收光谱气体测量技术,实现了对于均匀温度压力下气体分布二维图像重建。设计搭建了基于4个小型旋转平台摆动扫描的断层重建系统,在0.1 s内完成对于16 cm×16 cm测量区域的空间扫描,获得由激光器高速扫描气体吸收谱线所采集得到的400组投影数据。采用数值模拟方法,利用代数迭代重建算法(ART)与最小二乘QR分解算法进行重建与对比,并考察了气体浓度边界条件对重建结果的影响。实验室内利用体积分数为4 %的NH3混合气体作为测量介质,重建了测量区域内圆形烟道出口不同位置处的气体断层分布图像,并对结果进行了分析。

提出将激光多普勒测速仪(LDV)应用于车载惯性导航系统提供速度参数。阐述了激光多普勒测量自身速度的基本原理,设计了参考光束型LDV,并运用跟踪滤波、频谱细化及频谱校正技术对多普勒信号进行处理。理论分析与实验表明,参考光束型LDV解决了双光束不能进行离焦测量的难题;跟踪滤波器实时跟踪多普勒信号,去除基底信号和部分噪声,提高了信噪比;频谱细化和频谱校正技术,提高了频谱分辨率,使提取的多普勒频率更接近于真实值,减小了系统的测量误差。LDV可以为车载惯导系统提供有效的速度信息。

采用提高漫反射信号强度方式来达到反隐形的雷达,是不可能从根本上实现反隐形的。提出了一种新的雷达反隐身技术,利用直边衍射来测量跟踪隐形飞行物体。利用直边衍射现象,当激光对隐形飞行物扫描时,不但可以模拟出隐形飞行物体所在的位置及飞行速度,还可以得到其大小和形状,能够对隐形飞行物体实现全场跟踪测量。利用直边衍射原理制作的雷达还具备数据加密功能。

通过标定速率偏频激光陀螺(RBRLG)的安装误差角,实现了标度因数的高精度测量。根据速率偏频激光陀螺的结构特点,通过分析常规的标度因数测量方法,发现安装误差角直接决定了标度因数的测量精度,进而提出了一种安装误差角的标定方法。该方法将速率偏频激光陀螺倾斜约45°安装于位置转台上,分别测量其处于4种状态时激光陀螺的脉冲输出,通过运算即可得到激光陀螺的安装误差角,进而对标度因数的测量公式进行修正。实验结果表明,标定安装误差角后速率偏频激光陀螺标度因数的测量精度可优于10-7。

激光声作为水下声源的一种新的激发方法,具有高声强、窄脉冲、宽频谱和可远距离激发等优点。为分析激光击穿液体辐射声波特性及应用于水下目标探测的性能,在光击穿形成单点球源辐射声波条件下,推导了激光声的远场声辐射模型,设计了激光声实验测量系统。采用测量水听器对激光击穿水激发的声波信号的时域特征、频谱特征、激光声信号与激光能量相关性、水下传输特性进行了测量,并在消声水池中利用激光声信号对弱小目标进行了探测实验,得到了激光声波信号的相关特性规律。研究结果有助于推动激光声探测水下目标的深入开展。

提出一种基于相位偏折术(PMD)的非球面镜检测方法。在条纹屏上显示标准正弦环形条纹,经过被测镜反射后为相机所接收。通过对两次不同位置的条纹平面进行测量,利用相移技术及相位展开技术得到两次位置处的相位分布,从而得到像素点对应的原始光线和偏折光线的位置和方向,确定光线的偏折位置和角度,计算出被测面形的梯度分布,通过数值积分重建被测面形。该方法具有结构简单、成本低、易于实行和动态测量范围较大的特点,可用于加工过程中波前变化范围较大的非球面反射镜精磨和初抛光阶段的检验。数字模拟和实验验证了这一技术的可行性。

采用从头计算平面波赝势法和耦合微扰方法计算了三硼酸锂(LiB3O5,LBO)晶体的电子能带结构、线性光学系数和非线性光学系数。折射率和倍频系数的计算结果与实验结果基本符合。能带和电子态密度计算表明,LBO晶体中B原子的2p轨道电子态和O原子的2p轨道电子态发生了明显杂化,而价带顶和导带底的电子态杂化是其非线性光学效应的主要来源。

利用脉冲激光烧蚀(PLA)技术烧蚀高纯TaSi2靶材,在高定向热解石墨(HOPG)基底上制备TaSi2纳米颗粒,用扫描电镜(SEM)分析纳米颗粒表面形貌,X射线光电子能谱(XPS)分析颗粒的化学组分和元素化学价态。SEM分析结果表明,PLA制备的TaSi2纳米颗粒平均尺寸为10 nm,面密度约1×1012cm-2;XPS分析表明HOPG基底上纳米颗粒表面的化学组分为Ta,Si,C,O元素,Ta和Si元素的存在方式主要是TaSi2,用积分面积灵敏度因子法计算Ta和Si原子比为1:2.2,接近TaSi2的化学计量比。进一步分析表明烧蚀过程中,部分Ta元素与C发生反应生成TaC,部分Si元素与C反应生成SiC;而O主要以化学吸附方式存在于样品表面。

利用磁控溅射法在K9玻璃基底上制备了SiN/Sb80Bi20/SiN相变薄膜结构,并利用连续He-Ne激光共焦Z-扫描技术同时测量了在激光作用下透射和反射非线性光学响应。实验结果表明,相变膜在激光焦点处的反射和透射信号由于薄膜的相变表现为非线性响应特性。薄膜在焦点处的透射信号强度随着扫描激光功率的增强逐渐增大直至饱和。这是由于在激光的作用下形成了相变微区,随着扫描功率的增加,相变区域逐渐变大引起的。对不同功率激光扫描后的样品进行了低于相变阈值的重复扫描实验,结果表明,相变区域具有较高的光热稳定性,说明BiSb相变薄膜具有相变数据存储潜在应用价值。

采用激光熔覆技术,在45#钢基体表面分别制备了NiFeBSi合金涂层和NiFeBSi+质量分数10%纳米SiC复合涂层。利用X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜(SEM)、显微硬度、摩擦磨损试验机分别对两种涂层的组成相、微观形貌、显微硬度和摩擦磨损特性进行了分析。结果表明,NiFeBSi合金涂层主要是由分布于γ(Fe,Ni)枝晶间的层片状FeNi3+α-Fe共析组织所组成。当质量分数10%的纳米SiC加入NiFeBSi合金涂层时,在γ(Fe,Ni)枝晶间除分布有FeNi3+α-Fe共析组织外,因在激光熔覆过程中纳米SiC颗粒的分解,还形成了多种碳化物。由于多种碳化物的复合增强作用,以及对共析组织的细化作用,有效地提高了NiFeBSi合金涂层的硬度和耐磨性能。

采用双光束激光辅助热丝工艺实现了16 mm厚11CrNi3MnMoV低合金高强钢的可靠连接,接头强度高于母材。在此基础上,重点研究了激光焊缝原始组织、激光二次重熔、经历热处理后的焊缝不同区域的组织变化规律。结果表明,双光束激光填丝焊的焊缝组织主要为贝氏体和针状铁素体,经历重熔与热处理后的焊缝组织发生明显细化,且经过热处理后的组织具有类似母材热影响区的分布规律,变化明显,主要为贝氏体正火组织和回火组织,且内层焊缝中的针状铁素体含量明显多于末层焊缝。同时在焊缝中存在大量的相互平行且紧密排列的铁素体束,有利于提高焊缝强韧性。

利用有限元分析软件ABAQUS对恒弹性合金3J53超薄板激光冲击半模成形过程进行了数值模拟。探讨了不同激光脉冲能量对板料运动速度和成形精度的影响,以及相同能量下板料不同区域的运动速度规律。数值模拟表明,当激光脉冲能量较小时,板料不能与凹模碰撞,中心区域节点上下往复振动,振幅逐渐减小,最后处于静止状态;当激光脉冲能量较大时,板料中心与凹模底部发生剧烈碰撞,碰撞后产生反向运动,速度逐渐减小,在零值附近缓慢波动一段时间,最终衰减到零。通过调整激光脉冲能量能够得到理想的波形零件。研究结果表明,利用有限元分析软件ABAQUS能够预测板料在激光冲击成形中的速度变化规律,为深入研究激光冲击成形过程提供依据。

镀锌板的广泛应用给轿车白车身车顶与侧围的激光焊接带来了挑战,采用搭接方式是解决焊缝气孔等问题的最有效措施。针对目前激光搭接焊工艺参数复杂、研究不够全面的现状,以焊缝金相尺寸作为焊缝质量评价标准,采用二次响应面法研究激光束特征参数对焊接质量的影响规律,通过分析确定了关键工艺参数,并获得了最优焊接工艺参数以实现节能的目标。

研究了激光感应复合快速熔覆(LIHRC)碳化钨金属陶瓷层的影响因素。结果表明,随着感应预热温度的增加,激光感应复合快速熔覆的效率增加;基材类型对激光感应复合快速熔覆的效率也有较大影响,这主要是由基材的热物理性能参数(如熔点、电阻率与磁导率)决定;随着激光比能与基材感应预热温度的增加,复合层的稀释率增加;随着粉末面密度的增加,复合层的稀释率降低。此外,在激光感应复合快速熔覆过程中,复合粉末的利用率不仅与激光工艺参数、感应预热温度有关,还与WC颗粒的含量以及粘结金属的种类有关。

为了研究约束层和激光功率密度对激光冲击强化AZ31B镁合金所诱发的冲击波的影响,采用响应快、频响高的绝缘膜组合式高聚物压电传感器和数字示波器对强激光诱发的冲击波进行测量。利用测得的有约束层和无约束层时的压电波形,分别得到相应的冲击波压力波形并进行比较;同时将不同激光功率密度下得到的压电波形转化为冲击波压力波形并进行对比。研究结果表明,在有约束层的情况下冲击波峰值压力是无约束层时的8倍左右,且脉冲的持续时间也有显著提高;在约束层的绝缘击穿阈值范围内,随着入射激光功率密度的增加,冲击波的峰值压力也随之增大。

针对0.1 mm厚医用聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜与0.1 mm厚薄钛板之间的激光透射连接试验,利用商业化软件ANSYS,使用APDL语言编程实现超高斯型热源的动态加载,建立了一个三维热传导模型,使用有限元法求得连接过程中温度场的分布,得到温度场达到准稳态的时间,分析加工速度和激光器功率等工艺参数对连接质量的影响,并计算出不同工艺参数下的连接宽度。通过对PET薄膜与薄钛板的激光透射连接试验接头宽度的测量值进行对比,两者趋势基本吻合,说明该有限元模型是可靠的。

运用热应力切割脆性材料的可控断裂激光切割技术,是在切割过程中激光能量诱发的拉应力使材料沿光束移动方向分离来完成切割。材料的分离类似于裂纹的扩展且分离的过程是可控的。基于固体热传导理论,运用有限元方法建立了三维热弹计算模型。通过对脉冲激光扫描切割Al2O3陶瓷板过程中的温度场和应力场的变化情况进行模拟分析,得到了切割过程中温度场和热应力场的分布及随时间的变化规律。分析了激光照射陶瓷板期间,激光作用区域压应力与拉应力之间沿厚度方向的转化规律。进而根据可控断裂激光切割原理分析了陶瓷板裂纹沿脉冲激光扫描方向进行扩展的原因。

采用激光-电阻复合焊接LF6铝合金,对焊接特性进行研究。通过激光和电阻热源相互作用,接头熔深和焊缝面积显著增加,实现了在小功率激光条件下铝合金熔透焊接,提高了焊接生产率,降低了焊接成本。与激光焊接相比,激光-电阻复合焊接铝合金接头中的气孔数量大幅下降。激光-电阻复合焊接的焊缝区的强化β(Al8Mg5)相弥散分布,呈铸态组织特征,热影响区(HAZ)的强化β相聚集长大。接头在焊缝断裂,呈韧性剪切断裂,平均抗拉强度可达292 MPa,约为母材的83.4%。