光通信研究
2024, 50(2): 22007301
1 河北工业大学 先进激光技术研究中心，天津 300401
2 河北省先进激光技术与装备重点实验室，天津 300401
2 μm激光属于人眼安全波段，具有高大气透过率和水吸收特性，能覆盖CO2等温室气体的吸收峰，因此在大气环境监测、光通信、激光雷达、材料加工、医疗手术等领域有广泛应用。其中，单纵模运转的全固态2 μm脉冲激光器以其高稳定性、窄线宽和优良的光束质量等优势，可作为多普勒测风、相干差分吸收等激光雷达应用的优质光源，在工业、**和科研等领域具有重要意义。目前，实现2 μm激光输出的主要方法有光参量技术和直接泵浦法。相比光参量技术，直接泵浦法更具高效率、可调节性和集成性等优点，已成为2 μm全固态激光的主流方式。文中总结了常用的2 μm固体激光增益介质，分析了空间结构振荡器单纵模选择的原理和特点，综述了2 μm单纵模全固态脉冲激光的研究进展，并对不同结构激光器的输出特性进行了比较，最后对2 μm单纵模全固态脉冲激光的发展前景进行了展望。
全固态激光器 2 μm 脉冲 单纵模 选模 all-solid-state laser 2 μm pulse single-longitudinal-mode (SLM) mode selection 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230730
1 太原工业学院机械工程系，山西 太原 030008
2 中北大学材料科学与工程学院，山西 太原 030051
3 金属凝固控制与精确成形山西省重点实验室，山西 太原 030051
激光选区熔化技术相比传统材料加工技术具有成形速度快且能够成形复杂零件的优势。采用球磨法制备了GNPs/AlSi10Mg复合粉末，采用激光选区熔化技术成形了石墨烯纳米片（GNPs）含量不同的GNPs/AlSi10Mg复合材料，GNPs的质量分数分别为0、0.1%、0.3%、0.5%。研究了不同GNPs含量对复合材料微观组织和力学性能的影响，揭示了GNPs强化AlSi10Mg的机理。结果表明：激光选区熔化成形的AlSi10Mg合金的择优取向为〈100〉；GNPs的添加不会改变GNPs/AlSi10Mg复合材料的择优取向，但会降低复合材料中大角度晶界的比例。不同含量的GNPs/AlSi10Mg复合材料的相组成均为α-Al相和共晶硅相；随着GNPs含量增加，复合材料的硬度呈增大趋势，最大为168 HV；随着GNPs含量增加，缺陷增加，复合材料的极限抗拉强度、屈服强度和延伸率由0.1%GNPs/AlSi10Mg的（417±4）MPa、（254±5）MPa和（8.4±0.14）%降低到0.5%GNPs/AlSi10Mg的（224±6）MPa、（150±3）MPa和（4.0±0.45）%；激光选区熔化成形0.1%GNPs/AlSi10Mg复合材料的强化主要是由热错配强化和载荷转移强化协同作用控制的。
激光技术 激光选区熔化 石墨烯纳米片 力学性能 强化机理 中国激光
2023, 50(16): 1602307
1 昆明理工大学材料科学与工程学院，云南 昆明 650500
2 昆明理工大学机电工程学院，云南 昆明 650500
为研究选区激光熔化成形过程中热累积效应对0°和90°两种构建方向性能的影响，在ANSYS模拟熔池尺寸和热累积效应的基础上，通过试验分析0°和90°两种构建方向的熔池尺寸、致密度、XRD、微观组织和力学性能的差异。结果表明，在相同体能量密度条件下，垂直构建成形件的热累积效应要高于水平构建成形件，使其熔池尺寸和γ相含量高于水平构建成形，进而使两种构建方向成形件致密度和力学性能产生差异；同时，由于热累积效应的影响，垂直构建成形件的γ相含量随成形高度的变化而变化。
选区激光熔化 钴铬合金 ANSYS有限元模拟 热累积 力学性能 selective laser melting (SLM) Co-Cr alloy ANSYS finite element simulation thermal accumulation mechanical properties
1 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学 空间光电技术国家地方联合工程研究中心，吉林 长春 130022
3 长春理工大学 电子信息工程学院，吉林 长春 130022
在远距离激光通信系统中，为抑制复杂大气信道环境的影响，有必要对激光束散角进行实时调控。而传统光学变焦系统对激光束散角的调控精度不高，需要机械移动透镜组间距离，导致其灵活性和实时性差。本文提出了利用液晶空间光调制器（Liquid Crystal Spatial Light Modulator，LC-SLM）控制激光束散角的方法。通过LC-SLM模拟变焦透镜，由计算机生成不同焦距的相位灰度图并导入LC-SLM，利用不同的相位灰度图的灰度信息控制LC-SLM的外加电压以实现变焦透镜的功能；再利用变焦透镜与已知焦距的匹配透镜共同构成束散角控制系统，变焦透镜与匹配透镜距离恒定不变，通过改变变焦透镜的焦距实现束散角控制。研究结果表明，在基于液晶空间光调制器的激光束散角控制方法中，束散角变化值与理论值误差在5%以内，束散角的RMSE为0.017 5。与传统机械移动透镜组间距离控制束散角的方法相比，束散角均方根误差降低了22%，为激光参数动态调整提供了重要技术支撑。
液晶变焦透镜 LC-SLM 束散角 光斑分析 liquid crystal zoom lens LC-SLM laser beam angle spot analysis
1 南京航空航天大学机电学院,江苏 南京 210016
2 南京先进激光技术研究院,江苏 南京 210046
3 中国航发湖南动力机械研究所,湖南 株洲 412002
利用原位合成的思路制备Ti-Ti3Al金属复合材料是提高钛基复合材料性能的好方法。通过选区激光熔化（SLM)技术和原位合成技术对不同混合比例的Ti-AlSi10Mg复合粉末进行成形试验,研究Al含量对SLM制备原位自生Ti-Ti3Al金属复合材料显微组织和力学性能的影响,并分析其物相、显微组织、显微硬度、耐磨性和拉伸压缩性能。试验结果表明：Al元素在成形过程中进入了Ti晶体中,形成了Ti-Al置换固溶体,对样件进行固溶强化,且会析出Ti3Al增强相颗粒。随着Al含量的增加,样件的力学性能逐步提升。显微硬度显著提高,当Al质量分数为10%时,硬度提升到538.56 HV,达到纯钛（220.59 HV）的2倍以上。耐磨性提高,样件的平均摩擦因数逐渐下降。抗压强度最高达到1 653.9 MPa,较纯钛样件提升164.48%,且优于退火后的纯钛板材（400~450 MPa）和SLM成形的TC4合金（1 128 MPa）。抗拉强度随着Al元素的上升,先上升后下降,但依然高于纯钛样件。通过原位合成思路与SLM技术的结合,对复合材料性能的提升具有重要意义。
选区激光熔化技术 原位自生 微观组织 力学性能 SLM (selective laser melting) Ti Ti AlSi10Mg AlSi10Mg in-situ synthesis microstructure mechanical property
1 State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation and School of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
2 School of Materials Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
3 Huazhong University of Science and Technology, Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Wuhan 430074, China
Frontiers of Optoelectronics
2021, 14(3): 263–277
利用选区激光熔化技术制备了高强铝合金TiB2/AlSi10Mg试样, 研究了不同的工艺参数激光体能量密度E对于成形试样的致密度、显微组织的影响规律, 并用光学显微镜、扫描电子显微镜对结果进行了表征。分析了不同参数下试样的显微硬度和拉伸性能, 并研究了不同的热处理制度处理后TiB2/AlSi10Mg试样拉伸性能的变化。研究发现, 随着E的增加, 试样上的缺陷越来越少, 致密度逐渐提高, 在E=71.5 J/mm3时, 试样上只存在很少的缺陷, 颗粒团聚现象消失且分布均匀。在该参数下, 试样横截面上的显微硬度在达到了138.9 HV0.5。由于TiB2陶瓷相的加入, SLM成形铝合金的强度能够达到420 MPa, 延伸率为6.13%, 较SLM成形纯AlSi10Mg相比, 强度提升了13.5%, 延伸率提升了50%。热处理温度和热处理时间对SLM成形试验件的拉伸性能也有影响, 对于本试验中, 较为优化的热处理温度为T=170 ℃, 热处理时间t=10 h。
选区激光熔化 高强铝合金 显微组织 拉伸性能 SLM high-strength Al alloy Microstructure tensile property
陕西科技大学机电工程学院, 陕西 西安, 710021
通过调整激光选区熔化工艺参数中的激光功率、扫描速度和扫描间距, 优化多孔支架的表面质量。实验结果表明: 微孔支架表面的缺陷主要有微裂纹和孔洞等; 随着扫描功率的逐渐增加, 孔洞和微裂纹缺陷明显减少, 多孔支架的致密度也随之增加; 但随着扫描速度和扫描间距的逐渐增大, 孔洞和微裂纹缺陷增加, 多孔支架的致密度和综合力学性能也随之降低。实验表明: 当工艺参数为S=0.05 mm, P=130 W, V=500 mm/s时, 微孔支架表面的缺陷最少, 表面质量最优, 并且其致密度最高为96.41%, 其抗压强度达到最大为583 MPa。
激光选区熔化技术 工艺参数 组织缺陷 致密度 SLM technology process parameters tissue defects density
