桂林电子科技大学 机电工程学院, 桂林 541004
为了探究水束导引高功率激光的热损失问题, 调控水导高功率激光中水-光束耦合的热稳定性, 保证激光能量有效地传输至工件表面, 采用有限元方法建立水-光束耦合的数值模型, 利用射线追踪模拟不同入射激光功率、射流流速和直径时的水射流温度分布, 并通过实验数据验证模型的有效性, 对比了相同功率下连续激光与脉冲激光的温度分布。结果表明, 水射流的温度随着水-光束耦合长度增加而升高, 当入射激光功率增大、耦合腔压力降低以及射流直径减小时, 都会导致射流的温度升高, 严重影响射流的稳定性;由于水射流的冷却作用, 平均功率300 W的脉冲激光相较于连续激光, 温度相差约5 ℃。此研究结果为控制水导高功率激光中水-光束耦合的热效应、提高激光能量的传输效率提供了一定的参考。
激光技术 水导高功率激光 射线追踪 热效应 传输效率 laser technique water-jet guided high-power laser ray tracing thermal effect transmission efficiency
桂林电子科技大学 机电工程学院 广西制造系统与先进制造技术重点实验室，桂林 541004
为了研究水雾对激光加工碳纤维复合材料(CFRP)的影响，采用水雾辅助激光加工CFRP的方法，通过正交实验、多元线性回归分析和光学仪器进行了理论分析和实验验证，得到了水雾对激光加工CFRP的影响规律并优化了工艺参数。结果表明，随着喷嘴高度、喷嘴角度增加和气体压力减小，激光光斑直径逐渐减小; 随着喷嘴角度增加和气体压力减小，激光损失率逐渐减小,喷嘴高度对激光功率影响小; 当喷嘴角度50°、气体压力0.2 MPa和喷嘴高度为30 mm时，可以获得最大5.303的深宽比，此时激光损失率为1.473%; 建立的水雾参数与加工质量之间的经验公式可以预测切缝内部特征; 与气体辅助激光加工CFRP相比，水雾辅助激光加工CFRP可以获得更小的截面热影响区和更大的槽深。该研究可为激光低损伤加工CFRP提供参考。
激光技术 水雾 激光光斑直径 激光功率 碳纤维复合材料 laser technique water-mist laser spot diameter laser power carbon fiber reinforced plastic
桂林电子科技大学 机电工程学院 广西制造系统与先进制造技术重点实验室, 桂林 541004
为了探索不同冷却方式对激光加工的影响, 采用水、气体以及水气复合3种不同冷却方式辅助激光加工碳纤维复合材料进行了对比研究, 同时采用单因素实验研究了不同工艺条件对加工质量的影响, 并分析了作用机理。结果表明, 在3种冷却方式下, 热影响区、槽深均随着功率、频率的降低而降低, 随着扫描速率的增加而降低; 在相同工艺参数下, 水气复合辅助激光加工产生的热影响区最小, 气体辅助激光加工产生的热影响区次之, 水辅助激光加工产生的热影响区最大; 当激光功率为2250 W、频率为1200 Hz、速率为120 mm/s时, 水、气体以及水气复合 3种不同冷却方式的热影响区分别为378 μm, 283 μm, 196 μm, 槽深分别为401 μm, 789 μm, 647 μm; 采用水气复合辅助激光加工可以在加工过程中实现较好的冷热平衡, 获得最好的加工质量。该研究为更好地实现碳纤维复合材料低损伤加工提供了参考。
激光技术 碳纤维复合材料 冷却方式 水气复合 冷热平衡 laser technique carbon fiber reinforced plastics cooling methods gas-water composite heat and cold balance
桂林电子科技大学 机电工程学院, 桂林 541004
水-光耦合传输效率是实现水导激光可加工性的前提与效率保证。为了研究水导激光中水-光耦合传能规律, 得到较高的水束中激光功率传输效率和均匀的激光功率密度分布, 采用光线追迹原理及物理光学传播方法, 仿真分析了1064nm激光束聚焦后的光束特性及水-光耦合后水束中激光光斑分布形态, 并对不同水束长度下激光功率传输效率, 以及不同功率、压力和水束长度下激光功率密度分布情况进行了系统的实验检测分析。结果表明, 随着水束长度的减小, 1064nm激光在水束中功率传输效率越高, 在水束长度为20mm时, 激光功率传输效率可达63.6%; 激光功率的变化对水束中激光功率密度分布影响最大; 当激光功率不变时, 在水束稳定长度范围内水压的增大有利于水束中激光功率密度均匀化分布, 而耦合水束长度的减小可以提高激光传输效率。研究结果为提高水导激光中能量利用率有一定的指导意义。
激光技术 水导激光 水-光耦合 传输效率 功率密度分布 laser technique water-jet guided laser water-laser coupling transmission efficiency distribution of power density
1 桂林电子科技大学 机电工程学院 广西制造系统与先进制造技术重点实验室, 桂林 541004
2 桂林理工大学 机械与控制工程学院, 桂林 541006
碳纤维增强复合材料（CFRP）因其优异的性能, 在航空航天、**等领域有着广阔的应用前景。为了掌握激光加工CFRP的去除机理, 研发出高效率、低损伤加工该材料的方法, 归纳整理了激光加工CFRP去除机理的研究成果, 并从激光特性、工艺参量、气液辅助、材料特性4个方面出发, 介绍了国内外激光加工CFRP的研究进展, 总结了影响激光加工CFRP质量的因素, 并给出了提高加工质量方法的建议,最后对激光加工CFRP的发展趋势进行了展望。
激光技术 碳纤维增强复合材料 工艺参量 低损伤 材料特性 laser technique carbon fiber reinforced plastics process parameters low damage material properties
桂林电子科技大学机电工程学院，广西 桂林 541004
水导激光加工技术中，高质量光束对耦合效率起着关键性的作用。为了解决水-光耦合技术的难题，使水导激光加工技术更好地应用在具有高熔点和高硬脆性的材料的高精密度和低损伤等加工场合，提出自聚焦-球透镜组合聚焦模式和正-负轴棱锥镜组合聚焦模式，并与传统凸透镜聚焦模式进行对比分析。根据三种可适用性聚焦模式，推导相应的ABCD传输矩阵，仿真聚焦模式下的光束特性，并讨论不同聚焦模式下的工业化应用特点。仿真结果表明，正-负轴棱锥镜组合聚焦后的光束束腰半径最小，传统凸透镜聚焦模式聚焦后的光束发散角最小，且三种模式结构不同，都存在各自的优劣性。
光学设计 水导激光 光束聚焦 ABCD矩阵 光学仿真 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1722002
1 陕西中医药大学药学院, 陕西 咸阳 712046
2 陕西中医药大学第一附属医院, 陕西 咸阳 712046
3 长安大学地球科学与资源学院, 陕西 西安 710054
从中药材黄花蒿中提取的青蒿素, 是一种含有过氧基团的倍半萜内酯药物, 目前已成为世界卫生组织推荐的抗疟疾药物。 含有青蒿素的复方制剂具有抗疟、 抑菌和调节免疫功能等作用, 然而含青蒿素的复方制剂没有可量化的统一质量标准, 因此难以控制和评价这些复方制剂的质量。 目前对于青蒿素复方制剂的研究主要集中在定性分析其有效成分上, 但具体如何定量分析其中青蒿素含量的研究工作却并不多, 迫切需要一种简便、 快速、 无损的方法监控青蒿素的生产和使用。 激光拉曼光谱是一种分子联合的光散射现象, 能够提供样品分子的成分及结构, 对研究青蒿素具有重要的意义。 首先对青蒿素标准样品进行激光拉曼光谱定性分析测试, 获得青蒿素标准品的拉曼特征图谱, 这些标准图谱为以后分析中药复方制剂中的青蒿素奠定了基础。 通过拉曼测试分析得到位于724 cm-1处的拉曼峰是与青蒿素中过氧基团直接相关的特性声子振动模式, 可用于检测过氧桥键的存在, 也是决定其抗疟活性的关键; 而位于1 736 cm-1处的拉曼峰强度大、 周围无其他振动峰干扰, 是与青蒿素中内酯基团相关的特性声子振动模式, 也可用来检测分析青蒿素。 因此, 拟采用青蒿素分子中位于724 cm-1处和1 736 cm-1两处的拉曼特征峰进行定性定量分析。 然后, 在实验室制备了一系列具有不同青蒿素质量百分数的青蒿素/面粉混合样品, 确定出混合样品中青蒿素724 cm-1处和1 736 cm-1处拉曼光谱参数。 并以峰面积比值A724/A1 736的平均值作为横坐标, 青蒿素质量百分数作为纵坐标, 拟合青蒿素质量百分数与峰面积比的函数关系, 得到二次函数关系式为y=0.907 22x2+0.465 93x(0
激光拉曼光谱 青蒿素含量 中药复方制剂 定量分析 Laser Raman spectroscopy Artemisinin content Chinese traditional compound medicine Quantitative analysis 光谱学与光谱分析
2019, 39(8): 2403
1 山东大学晶体材料国家重点实验室， 山东 济南 250100
2 山东大学光学系, 山东 济南 250100
合成了一种金属有机配合物二(四甲基铵)双(1，3-二硫杂环戊烯-2-硫酮-4，5-二硫基)-铜 (MeCu)，配制了其浓度为2×10-3 mol/L的丙酮溶液，采用开孔Z扫描方法，分别测试了该样品溶液在波长为1064 nm，脉宽为40 ps和波长1053 nm，脉宽15 ns条件下的非线性光学特性。结果表明，该材料在皮秒光强下表现出双光子吸收，吸收系数为4×10-13 m/W, 而在纳秒光强下，该材料具有很强的反饱和吸收特性，吸收系数为7.07×10-11 m/W。 进一步研究了该材料在不同光强下的非线性吸收性质，发现其在纳秒光强下有很强的光限幅特性，测试了其在15 ns的光限幅特性，结果表明，该材料在光限幅应用上具有潜在应用价值。
非线性吸收 光限幅 Z扫描技术 金属有机配合物
1 山东大学,信息科学与工程学院,济南,250100
2 山东大学,晶体材料研究所国家重点实验室,济南,250100
3 香港城市大学,光电研究中心,香港
合成了一种新型有机金属配合物 Cetyltrimethylammonium-bis(2-thioxo-1,3- dithiole- 4,5-dithiolato)-copper(简称 CtCu)材料.采用单光束 Z 扫描测试技术,在波长为 1053 nm,脉宽为1 ns的务件下研究了该样品的三阶非线性光学性质.研究发现,该材料具有很强的饱和吸收特性,激发态的有效吸收截面为σeff= 1.10×10-19 cm2,与基态吸收截面的比值为 1∶484.利用非线性透过率实验验证了材料的饱和吸收特性,并对其产生机理进行了分析.实验结果表明,该材料在近红外波段的激光脉冲压缩方面有潜在的应用前景.
非线性光学 三阶非线性 饱和吸收 Z扫描 有机金属配合物
1 山东大学 光学系，济南 250100
2 山东大学 晶体材料国家重点实验室，济南 250100
为了研究一种新的有机金属配合物dmit盐(tetramethylammonium)bis(1，3－dithiole－2－thione4，5－dithiolato)copper(简称为MeCu)的三阶非线性光学性质，采用单光束z扫描技术，在波长为1064nm、脉宽为30ps条件下对浓度为1．0×10－3 mol／L的MeCu／丙酮溶液进行研究。实验结果表明，其三阶非线性折射率n2和二阶分子超极化率γ分别为－2．15×10－11 esu和1．94×10－30 esu，未发现三阶非线性吸收的存在。表明该材料在全光开关等非线性光学器件的研制上可能具有潜在的应用价值。
非线性光学 三阶非线性 z扫描 有机金属配合物 nonlinear optics third-order nonlinearity z-scan organometallic complex
