自1986年光镊技术被发现以来, 光的力学效应的研究与应用成为了光学研究中的一个重要分支。不同于传统的显微镜构造的光镊平台, 基于环形芯光纤的光镊为更多维的粒子操纵提供了方便, 并能使得显微系统与操纵系统分开来。光镊能实现对粒子的捕获, 但如果要进一步地对粒子的姿态进行操纵, 就需要基于多芯光纤的光学微光手, 而如果想要将捕获粒子发射出去, 就需要基于同轴双波导光纤的光枪。介绍了基于不同种类光纤的光镊、光手和光枪的设计以及它们对粒子的操控效果。
光的力学效应 环形光纤光镊 光学微光手 光枪 mechanical effect of light optical tweezers based on ring-shaped fiber optical micro-light hand optical gun
江苏大学 机械工程学院 激光技术研究所, 镇江 212013
为了进一步揭示激光的热力效应对电化学沉积的强化作用, 构建了激光电化学复合沉积试验系统, 进行了理论分析和实验验证。采用激光循环往复的扫描方式照射沉积区域制备沉积层试样, 对沉积过程中的力效应和热效应进行测试, 最后采用扫描电子显微镜对沉积层的表面形貌和截面形貌进行观察对比。结果表明, 激光的热力效应能加快金属离子的还原反应, 促进晶核形成和晶粒细化, 在激光能量为0.2mJ(20kHz)时, 能获得良好的沉积速率(0.198mg/min); 在激光能量为0.4mJ(20kHz)时, 沉积层的拉伸强度性能较好, 达到256.38MPa。此研究结果对电解加工技术的发展是有一定帮助的。
激光技术 复合沉积 热力效应 表面形貌 晶粒细化 沉积速率 拉伸强度 laser technique composite deposition thermal-mechanical effect surface morphology grain refinement deposition rate tensile strength
激光冲击强化利用离子体力学效应在金属表面形成较深的残余压应力层，细化表层晶粒，大幅度提高金属抗疲劳、抗磨损和抗腐蚀等机械性能。目前现有实验手段很难获取超高应变速率下塑性变形过程中微观结构演变的动态过程。本文采用LAMMPS 软件对在2×107 s-1应变率，15 ns的加载时间，300 K 温度下的多晶铜塑性变形行为进行分子动力学模拟，获得超高应变速率力学效应下多晶铜塑性变形微观结构的演变过程。超高应变率下力学效应作用下，形变孪晶是中层错能金属亚微米晶粒细化的主要变形方式。
激光技术 超高应变率 力学效应 塑性变形 分子动力学 多晶铜
华中科技大学 武汉光电国家实验室, 武汉430074
文章首先介绍了硅光非线性效应在数字光子回路中的应用和研究价值, 接着简要介绍了硅基纳米波导中的光力效应和热光效应, 最后较详细地阐述了光力效应在路径非对称光传输中的应用, 以及利用热光效应实现的光顺序路由传输和光学编码。
非线性效应 数字光子回路 光力效应 热光效应 nonlinear effect digital photonic circuit opto-mechanical effect thermo-optic effect
江苏大学机械工程学院激光技术研究所, 江苏 镇江 212013
在所构建的纳秒脉冲激光电化学复合加工(LECM)系统中，利用激光辐照和脉冲电化学复合加工的方法，在相同的工艺参数下，分别对304不锈钢、7075铝合金、1060纯铝等金属和脆性材料硅进行了加工试验。探讨了激光热力效应促进电化学加工的机理，并对不同金属材料的极化曲线进行了测量。通过扫描电子显微镜(SEM)对比分析了不同材料复合加工表面的微观形貌；并通过超景深三维显微镜对不同材料的加工深度、宽度与深宽比进行了分析。试验结果表明，在激光热力作用下，铝合金的电化学刻蚀质量和表面形貌较好，且可以加工出深宽比较大的微结构；脆性材料则存在微颗粒的冲击崩离。
激光技术 激光电化学 热力效应 极化曲线 加工形貌
国防科学技术大学 光电科学与工程学院，湖南 长沙410073
总结了亚音速切向气流在激光辐照典型金属靶过程中所起的作用，提出气流效应主要包括增大靶与外界环境的对流换热强度; 移除靶表面的熔化层，加快烧蚀速率; 促进靶的氧化反应，有利于靶的烧蚀; 空气动力学效应导致靶在熔化之前就可发生破裂等几个方面。对上述气流效应进行了详尽的分析，同时指出应对氧化反应及热力联合效应进行更广泛的实验研究，获得更明确的规律性认识，以便建立统一的物理数学模型，从而为实际的工程应用提供参考。
激光与物质相互作用 金属靶 切向气流 烧蚀 氧化反应 热力效应 laser interaction with matter metal target tangential airflow ablation combustion reaction thermal-mechanical effect
1 西北核技术研究所，陕西 西安 710024
2 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
为了探索不同脉冲束辐照热-力学效应的相似性关系，同时为实验室开展激光模拟X射线热力学效应研究提供参考，分析了脉冲紫外激光(0.308 μm)和X射线辐照Al靶喷射冲量的异同性。首先，对二者辐照热-力学效应机理的异同性进行了比较；其次，理论和实验研究了两种脉冲束辐照Al靶引起的喷射冲量，对较低能注量(小于100 J/cm2)条件下两种脉冲束产生喷射冲量的大小进行了对比。研究结果表明，在低能量密度条件下(小于100 J/cm2)由于没有等离子体屏蔽现象，两种脉冲束辐照靶材产生喷射冲量的机理近似。相同能注量条件下，激光与X射线辐照Al靶产生的喷射冲量具有相同的数量级，均小于102。两种脉冲束在一定范围内具有一定的可比性。
脉冲紫外激光 X射线 铝靶 热-力学效应 喷射冲量 异同性 pulsed ultraviolet laser X-ray Al target thermo-mechanical effect blow-off impulse similarity and distinction
1 南京航空航天大学 机电学院,江苏 南京 210016
2 南京航空航天大学 理学院应用物理系,江苏 南京 210016
针对激光在中性盐溶液中对靶材的力学效应问题,基于压电加速度传感器测振原理,通过对悬臂梁不锈钢靶材振动测试与分析,得到毫秒级可见波长532nm、红外波长1064nm脉冲激光在中性盐溶液中对不锈钢靶材的冲击力。结果表明:中性盐溶液中的不锈钢靶材在激光作用下受到的冲击力达到10MPa数量级;红外激光对靶材的作用力随溶液中激光传输距离的增大而减小,而绿光激光对靶材的作用力在传输距离20mm内基本不变。
激光技术 力学效应 中性盐溶液 压电加速度传感器 laser technology mechanical effect neutral solution piezoelectric accelerometer
桂林电子科技大学 机电工程学院,广西 桂林 541004
为了探寻准分子激光电化学刻蚀硅工艺中的热－力效应特性,采用功率密度大的248nm准分子激光聚焦照射浸在KOH溶液中的n-Si表面,实现了一种激光电化学复合刻蚀工艺。通过数值仿真与实验比较的方法,对该工艺的刻蚀速率进行了分析。研究结果表明,该复合工艺存在激光直接刻蚀、电化学刻蚀和激光与电化学耦合刻蚀等三种刻蚀作用;在耦合作用中,溶液中激光加工的热效应较小,光热效应导致的刻蚀小;而溶液中激光加工的力学效应对材料的刻蚀作用很大。通过对准分子激光与溶液中靶材相互作用过程的热－力效应分析,更深入地探讨了准分子激光电化学工艺的刻蚀机理。
激光技术 激光电化学 热－力效应 刻蚀 硅 laser technique laser electrochemical thermal-mechanical effect etching silicon
