强激光与粒子束
2023, 35(6): 061001
1 中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
2 成都航空职业技术学院 工程实训中心，四川 成都 610100
3 哈尔滨工业大学 机电工程学院，黑龙江 哈尔滨 150000
在高功率激光装置中，光学元件表面的污染物会降低光束质量甚诱导光学元件损伤。针对装置中受污染的镀有SiO2溶胶-凝胶增透膜的大口径真空隔离片（430 mm×430 mm），使用波长为355 nm的Nd:YAG脉冲激光器模拟在线激光清洗实验。实验中采用了单发次激光干式清洗与气流置换系统辅助的激光清洗系统，研究了关键特征参数对激光在线清洗效果的影响规律，获得了可用于激光在线清洗的工艺参数。光学元件的处理采用光学显微镜、暗场成像法表征以及图像处理软件分析。实验结果表明，激光在线清洗光学元件存在最佳工艺窗口。通过气流置换辅助的激光清洗方法后，相较于单纯的单发干式激光清洗，激光清洗能力有大幅提升。因此，气流置换系统辅助单发激光清洗能有效提高其清洗能力，为高功率激光装置中大口径光学元件表面污染物在线去除提供了一种有效手段。
激光清洗 在线 大口径 光学元件 气流辅助 laser cleaning in-situ large-aperture optical components airflow assist 红外与激光工程
2023, 52(2): 20220739
中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
熔石英光学元件在高能量密度的紫外脉冲激光辐照下往往极易出现后表面损伤，这严重影响了紫外高功率脉冲激光装置的可靠性。综合国内外相关研究进展，系统阐述了熔石英元件表面在高能量紫外脉冲激光辐照下的损伤特性，包括典型的初始损伤和损伤增长行为特征，介绍了熔石英元件表面缺陷的类型、分布特性和紫外脉冲激光诱导损伤的内在机制，并概述了常用的熔石英表面加工方法与缺陷控制技术。最后，介绍了熔石英表面缺陷无损检测新技术和抗损伤性能测试技术方面的研究进展。
激光光学 熔石英元件 紫外脉冲激光 缺陷 后表面损伤 光学学报
2022, 42(17): 1714004
1 西南科技大学 理学院，四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
3 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
4 西南科技大学-中国工程物理研究院激光聚变研究中心极端条件物质特性联合实验室，四川 绵阳 621010
针对CO2激光修复熔石英表面损伤点后得到的修复点（简称损伤修复点）产生的光调制问题，重点研究损伤修复点在镀增透膜前后的形貌及光调制的变化规律，探讨修复点深度、宽度等形貌因素对SiO2胶体在修复点坑内沉积的影响，以及对光调制效应的影响。研究结果表明：胶体材料在损伤修复点坑内具有明显的富集效应，可有效改善损伤修复点的形貌尺寸，尤其是对深度的影响尤为明显。这虽然会导致损伤修复点镀膜后最大光调制位置的增大，但该最大光调制却远小于相应未镀膜损伤修复点引起的调制度。研究结果对进一步优化熔石英表面损伤点的修复工艺及光调制度控制提供参考。
熔石英 损伤修复点 光调制 化学膜层 富集 fused silica repaired site light modulation chemical coating enrichment 
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
2 Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
In order to reveal the evolution mechanism of repaired morphology and the material’s migration mechanism on the crack surface in the process of laser repairing surface damage of fused silica optics, two multi-physics coupling mathematical models with different scales are developed, respectively. The physical problems, such as heat and mass transfer, material phase transition, melt flow, evaporation removal, and crack healing, are analyzed. Studies show that material ablation and the gasification recoil pressure accompanying the material splash are the leading factors in forming the Gaussian crater with a raised rim feature. The use of low-power lasers for a long time can fully melt the material around the crack before healing, which can greatly reduce the size of the residual air layer. Combined with the experimental research, the methods to suppress the negative factors (e.g., raised rim, deposited debris, air bubbles) in the laser repairing process are proposed.
CO2 laser repairing fused silica crack healing surface evolution Chinese Optics Letters
2021, 19(4): 041402
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
激光清洗在再制造行业、微机电系统(MEMS)和超精密加工行业具有重要的应用前景, 飞机蒙皮激光脱漆技术是激光清洗技术中的一个重要分支。利用10.6 μm的高重复频率CO2激光器对飞机蒙皮(LY12铝合金板材)上的90 μm厚的双层复合油漆层进行去除。研究结果表明, 通过选择合适的扫描间距、激光功率密度及扫描次数, 成功地将飞机蒙皮表面的两层油漆层完全去除, 通过对比试验测试飞机蒙皮在激光除漆前后的抗拉强度、屈服强度、维氏硬度以及粗糙度等力学性能, 发现激光除漆未损伤基底且未改变其力学性能。该种除漆方式较传统除漆方式具有环保无接触、效率高、参数可控以及维护成本低等优点, 为在其他领域应用开拓新的方向。
激光除漆 飞机蒙皮 油漆层 CO2激光 laser paint removing aircraft surface paint layer CO2 laser 红外与激光工程
2018, 47(12): 1206003
1 四川省军民融合研究院, 四川 绵阳, 621010
2 西南科技大学 理学院, 四川 绵阳 621010
3 西南科技大学-中国工程物理研究院激光聚变研究中心极端条件物质特性联合实验室, 四川 绵阳 621010
4 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
5 光电信息控制和安全技术重点实验室, 天津 300308
疲劳效应是诱导高功率固体激光装置中光学元件激光损伤的因素之一, 目前对SiO2化学增透膜激光诱导疲劳损伤的研究鲜见报道。基于此, 本文采用单一激光能量多发次辐照和多梯度激光能量多发次辐照两种不同的激光辐照方式, 研究1064 nm化学增透膜层的激光疲劳损伤效应及特征。研究结果表明, 在单一激光能量多发次脉冲激光辐照下, 膜层最易发生疲劳损伤; 采用多梯度激光能量多发次辐照的方式, 可以有效地提升膜层的损伤阈值, 进而提升膜层的抗激光疲劳损伤性能。
疲劳损伤 化学增透膜 激光辐照 损伤阈值 fatigue damage chemical antireflection film laser irradiation damage threshold 强激光与粒子束
2018, 30(10): 102001
中国工程物理研究院激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
建立了熔石英元件修复点交联分布数值模拟模型,利用标量衍射理论结合快速傅里叶变换算法,分析了351 nm激光辐照下修复区域对下游光传输的调制影响。研究结果表明,交联修复区域对下游光传输的调制主要受修复点间交联程度的影响,随着交联程度的增大,调制光场极大值迅速增大后快速减小,其分布位置先逐渐靠近后迅速远离修复元件出光面。光场调制随着传输距离的增大先快速增大后迅速减小。优化交联修复区域形貌结构参数可有效避免下游元件发生级联损伤。
激光光学 熔石英 光传输 CO2激光损伤修复 标量衍射理论
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院 研究生院, 北京100088
建立了不同类型熔石英元件损伤修复坑形貌的三维模型，利用标量衍射理论并结合快速傅里叶变换算法研究了在351 nm激光辐照下修复坑形貌对光传输的影响规律。研究表明，无论是锥形、抛物形或是高斯形修复坑形貌，均会产生离轴位置的环形光场调制增强区，其环形调制极大值均主要受修复坑深度影响，随着修复坑深度的增大而增大，而其分布位置随着修复坑深度的增加逐渐靠近修复元件后表面，随着修复坑底面半径的增大而远离修复元件后表面; 同时，当修复坑深度与底面半径一定时，三类修复坑形貌中以抛物形修复坑形貌最为理想。
熔石英 调制 CO2激光损伤修复 形貌 标量衍射理论 fused silica modulation CO2 laser processing morphology scalar diffraction theory 强激光与粒子束
2016, 28(5): 051002
1 广西科学院生物物理实验室, 广西 南宁 530007
2 广西大学行健文理学院, 广西 南宁 530004
3 广西职业技术学院食品与生物技术系, 广西 南宁 530226
4 美国东卡罗来那大学物理系, 北卡罗来那州格林维尔 NC27858
应用拉曼光谱学结合奇异值分解方法在单细胞尺度上对杀虫贪铜菌(C. necator) H16 菌株在不同的氮源下合成聚β-羟基丁酸(PHB)的代谢动态进行分析。结果显示，硫酸铵是PHB 发酵的理想氮源，对应PHB 发酵速度、效率和产量在测试氮源中表现最好。奇异值分解结果显示，源自RNA、DNA、蛋白质和PHB 的拉曼峰是发酵的主要特征，随着发酵进程的延伸，菌体细胞差异、产物含量差别逐渐增大。分析PHB 产物快速合成过程，可见表征核酸、蛋白质和PHB 的782、1574、1660、1732 cm-1 等峰的强度变化活跃；不同氮源下，782 cm-1 峰与1660 cm-1 峰的强度呈正相关，而1660 cm-1 峰与1732 cm-1 峰的强度呈负相关。因此，不同氮源可能影响细胞的RNA 代谢和蛋白质代谢，从而间接影响PHB 的合成。拉曼光谱结合数据挖掘技术可以分析微生物发酵过程中的代谢信息，从分子光谱的角度为寻找最佳的发酵条件提供新的信息。
生物光学 拉曼光谱 奇异值分解 氮源 聚β-羟基丁酸 单细胞分析
