舒天娇 1,2,*杜远超 1,2李国旗 1,2陈媛 1,2[ ... ]陈宇 3
作者单位
摘要
1 上海市激光技术研究所, 上海 200233
2 上海激光直接物标溯源工程技术研究中心, 上海 200233
3 东华大学理学院, 上海 201620
为研究聚焦系统对晶圆标识工艺的影响, 搭建以1 066 nm的声光调Q脉冲光纤激光器为光源, 分别使用普通F-Theta透镜和远心F-Theta透镜的晶圆激光打标系统, 使用相同的工艺参数分别在晶圆表面进行点阵标识, 研究两种聚焦系统下晶圆的烧蚀阈值、离焦效果和点的形貌。采用白光干涉仪对晶圆标识区域的三维形貌进行评估, 研究发现普通F-Theta透镜与远心F-Theta透镜对晶圆的烧蚀阈值的影响区别不大。在离焦效果方面, 普通F-Theta透镜随着离焦量增加, 标识点直径逐渐变小; 而远心F-Theta透镜随着离焦量增加, 标识点直径先增大后减小。在打标范围内的标识质量方面, 两者在打标范围中心的标识质量基本相当, 离中心越远, 远心透镜也未能表现出更好的标识形貌。
F-Theta透镜 远心F-Theta透镜 晶圆标识 烧蚀阈值 离焦量 F-Theta len telecentric F-Theta len wafer identification ablation threshold defocus amount 
应用激光
2023, 43(2): 93
作者单位
摘要
1 北京工业大学材料与制造学部高功率及超快激光先进制造实验室,北京 100124
2 北京动力机械研究所,北京 100074
飞秒激光以其超窄脉宽和超高光强等特性被广泛应用于各种金属材料的加工。本课题组采用波长为515 nm的绿光飞秒激光器对GH3230镍基高温合金进行刻蚀试验,研究了GH3230高温合金的绿光飞秒激光刻蚀阈值、刻蚀率和极限刻蚀深度。结果表明:相比于红外飞秒激光,绿光飞秒激光的刻蚀阈值明显降低,刻蚀率显著提高;与红外飞秒激光刻蚀类似,随着刻蚀次数增加,刻蚀深度增大,但当刻蚀次数增加到一定值后,刻蚀深度出现饱和现象;激光能量密度越高,极限刻蚀深度越大;改变扫描策略进行双道刻蚀时,通过增加刻缝宽度可以增大刻蚀深度;激光诱导等离子体是影响刻蚀深度的主要因素。
激光技术 镍基高温合金 飞秒激光加工 刻蚀阈值 刻蚀深度 刻蚀率 
中国激光
2023, 50(8): 0802106
张忆南 1,2孙闻 1,2,*莫德锋 1,2徐勤飞 1,2李雪 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
2 中国科学院红外成像材料与器件重点实验室,上海 200083
红外器件的封装中常需用一些透明材料制成零部件,适合采用脉冲激光对其进行切割和标刻加工,但需要对加工参数进行精细优化。文中以在用于红外焦平面封装的红外级康宁玻璃基片上进行激光标刻为例,对透明样品进行激光标刻所涉及的一些基本参数,包括烧蚀阈值、激光加工头的光束特性参数以及扫描偏角引起的几何误差等,进行了实际测量和分析,在此基础上得出了合适的打标策略和激光参数,并成功应用于实际操作。此种策略和参数设置方法可以推广到对其他透明材料进行激光标刻。
激光标刻 皮秒脉冲激光 康宁玻璃 烧蚀阈值 透明材料 laser marking picosecond pulse laser Conning glass ablation threshold transparent materials 
红外与激光工程
2022, 51(5): 20210416
作者单位
摘要
1 成都精密光学工程研究中心,成都 610041
2 中国航发北京航空材料研究院 先进高温结构材料重点实验室,北京 100095
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
实验研究了激光脉冲宽度和脉冲个数对镍基高温合金材料去除阈值的影响,分别在290 fs,1 ps和7 ps脉宽的激光下,使用1,10,50,100,300,500和1000个不同能量的激光脉冲辐照高温合金样品表面。实验结果表明,烧蚀坑尺寸会随脉冲数的增加而增加,而脉冲宽度的增加会加大脉冲个数对烧蚀坑直径的影响。通过烧蚀坑直径的平方值与激光脉冲能量之间存在的对数关系,得到了不同脉冲宽度下镍基高温合金的多脉冲材料阈值。3种不同脉宽下的高温合金多脉冲去除阈值都存在显著的累积效应。根据去除阈值计算得到290 fs,1 ps和7 ps脉宽下的累积效应系数分别为0.88,0.86和0.78。
超快激光 高温合金 多脉冲烧蚀 去除阈值 累积效应 ultrafast laser superalloy multi-pulses irradiation ablation threshold incubation effects 
强激光与粒子束
2022, 34(4): 041005
林嘉剑 1明瑞 1,*李学坤 1赖名涛 1[ ... ]明兴祖 1,2,**
作者单位
摘要
1 湖南工业大学机械工程学院, 湖南 株洲 412007
2 湖北文理学院机械工程学院, 湖北 襄阳 441053
飞秒激光加工面齿轮材料18Cr2Ni4WA是一种面齿轮精微修正的新型加工技术。首先,根据烧蚀凹坑的直径和激光功率的定量关系得到激光的烧蚀阈值,根据烧蚀凹坑的深度和激光功率的定量关系得到材料的吸收系数。然后,考虑到能量累积效应,从高斯激光的聚焦方式考虑变离焦量效应,建立材料内部的能量吸收模型。最后,通过改变脉冲数和激光功率,研究飞秒激光烧蚀凹坑直径和深度的变化规律。实验结果表明,脉冲频率为200 kHz的飞秒激光脉冲数大于20时,烧蚀凹坑的直径和深度趋于稳定,这与理论结果相吻合。随着激光功率的增大,飞秒激光的加工质量有明显下降,当激光功率为1 W时,飞秒激光的加工质量良好且烧蚀深度足够深。
激光光学 飞秒激光 面齿轮材料 烧蚀阈值 材料吸收系数 形貌特征 
中国激光
2021, 48(14): 1402017
作者单位
摘要
1 湖南工业大学机械工程学院,湖南 株洲 412007
2 湖北文理学院机械工程学院,湖北 襄阳 441053
飞秒激光精微烧蚀是一种新型的精密加工方法。本文研究了飞秒激光烧蚀面齿轮材料18Cr2Ni4WA的电子亚系统和晶格亚系统的能量耦合作用,建立了双温模型,采用有限差分法分析了脉冲宽度、平均功率对电子温度和晶格温度的影响规律。结果表明:当电子与晶格达到热平衡,且电子温度和晶格温度超过材料的熔点时,齿面产生烧蚀;当电子和晶格的温度均高于材料的沸点和相爆炸温度时,主要通过相爆炸实现材料的去除;材料烧蚀深度一般为40 nm左右,避免了热效应对表层质量的影响。采用飞秒激光微加工系统进行实验研究,得出了能量密度呈高斯分布的飞秒激光烧蚀材料18Cr2Ni4WA的单脉冲烧蚀阈值为0.29 J/cm2;分析了平均功率和脉冲数对烧蚀形貌的影响。通过研究飞秒激光精微加工材料18Cr2Ni4WA的烧蚀特性,为提高面齿轮的加工质量提供了技术基础。
激光技术 飞秒激光 面齿轮 双温模型 烧蚀特性 烧蚀阈值 
激光与光电子学进展
2021, 58(9): 0914001
作者单位
摘要
1 大连海事大学船机修造工程交通行业重点试验室, 辽宁 大连 116026
2 北方发动机研究所, 天津 300400
采用Nd:YAG激光器对硼磷合金铸铁缸套试样进行激光微孔加工。研究了激光能量密度, 脉冲次数, 重复频率和聚焦条件等参数对微坑几何形貌的作用规律, 采用3D共聚焦显微镜及扫描电镜观察分析了微坑表面形貌和尺度随激光参数的变化。发现随着激光能量密度和脉冲次数的增加, 微坑的直径和深度均逐渐增大, 但增大幅度随能量密度增加而逐渐减小; 微坑直径随激光重复频率的增加而减小, 随着负离焦量的增加而增加; 微坑深度随负离焦量呈先增加后减小的趋势。对激光辐照硼磷合金铸铁的烧蚀阈值进行计算, 在单脉冲辐照条件下硼磷合金铸铁的烧蚀阈值为8.4 J/cm2, 脉冲次数对材料的烧蚀阈值产生累积效应, 烧蚀阈值随脉冲数量增加而减小, 累积系数为0.87。
激光 微孔加工 激光参数 微坑几何形貌 烧蚀阈值 laser micromachining laser parameters micro-pit geometrical morphology ablation threshold 
应用激光
2020, 40(3): 476
作者单位
摘要
中国航空制造技术研究院高能束流加工技术重点实验室, 北京 100024
针对目前带热障涂层(TBC)叶片的难加工问题, 开展了皮秒激光加工热障涂层的试验。试验分别在三种扫描速度下(50 mm/s, 150 mm/s, 250 mm/s)使用不同单脉冲能量加工热障涂层。发现随着扫描速度的增大, 材料出现缺陷对应的最小单脉冲能量分别为120 μs, 280 μs和400 μs; 随着脉冲能量的增大, 热障涂层出现裂纹、崩边及脱落等缺陷越多。通过面积外延法, 计算三种扫描速度下多脉冲烧蚀阈值分别为1.17 J/cm2、2.72 J/cm2和4.45 J/cm2, 随着激光扫描速度的提高, 烧蚀阈值也随之增大。小脉冲能量去除热障涂层主要以雪崩电离为主, 当以较大脉冲能量去除时主要以多光子吸收为主, 当脉冲能量远大于烧蚀阈值时会在加工区域产生烧蚀潜热, 在材料加工区域边缘处因产生应力集中出现微裂纹、崩块和整块脱落的缺陷。
热障涂层 皮秒激光 脉冲能量 扫描速度 烧蚀阈值 thermal barrier coatings picosecond laser laser pulse energy scanningspeed ablation threshold 
应用激光
2020, 40(1): 79
作者单位
摘要
北京工业大学高功率及超快激光先进制造实验室, 北京 100124
采用飞秒激光在金属材料表面制备周期性微结构在光伏发电、自清洁以及生物医学等领域具有广阔的应用前景。采用功率为75 W、脉宽为800 fs、波长为515 nm的飞秒激光,首先研究线扫描条件下钛的烧蚀阈值,然后基于90°交叉面扫描的加工方式诱导钛表面微结构,推导出面扫描时单位点的有效脉冲数计算公式,并对结构演变规律进行归纳分析。结果表明:同文献报道的红外飞秒激光相比,钛表面绿光飞秒激光的烧蚀阈值明显降低;不同参数对钛表面微结构的影响可以归纳为面扫描单位点的有效脉冲数和激光能量密度。当激光能量密度较低时,随着有效脉冲数的增加,钛表面微结构由不均匀分布的驼峰状凸起转变为均匀的柱状阵列结构,能量密度较高时则转变为相互连接的丘陵状结构。高的激光能量密度、低的有效脉冲数与低的激光能量密度、高的有效脉冲数诱导的结构类似,使用高能量密度可显著提高加工效率。
激光技术 绿光飞秒激光 周期性微结构  烧蚀阈值 
中国激光
2019, 46(10): 1002006
作者单位
摘要
1 哈尔滨理工大学机械动力工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150080
2 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
采用不同的飞秒激光参数(波长、脉冲能量、脉冲数量)加工碳纳米管薄膜微孔,通过拟合获得不同波长下的单脉冲烧蚀阈值,飞秒激光中心波长为1030 nm时的烧蚀阈值为25 mJ·cm -2,波长为515 nm时的烧蚀阈值为39.7 mJ·cm -2。分析了激光参数对材料加工结果的影响规律,结果表明,脉冲能量是影响烧蚀孔径的主要因素,波长较短时可以产生更大区域的碳纳米管抛出物面积。采用拉曼光谱对不同波长下切割得到的材料切口处进行测试,测试结果表明,波长为515 nm的飞秒激光更适合用于碳纳米管薄膜的切割。分析了脉冲能量与扫描速度对切割质量的影响规律,最终在优选的工艺参数下获得了良好的切割质量。
激光技术 飞秒激光 碳纳米管薄膜 烧蚀阈值 微孔形貌 
中国激光
2019, 46(9): 0902002

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