1 天津大学机械工程学院，天津 300072
2 天津大学机械工程学院机构理论与装备设计教育部重点实验室，天津 300072
3 清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室，北京 100084
4 清华大学精密/超精密制造装备与控制北京市重点实验室，北京 100084
激光电解复合加工是将激光加工与电化学加工相结合的复合加工方法，可用于加工硬质导电材料，具有加快电化学溶解速率、避免重铸层和提高表面质量等优势。笔者提出了一种管电极耦合激光电解复合加工工艺，利用设计的管电极实现了激光能量与电化学能量在管电极内部的同轴传导以及在加工间隙处的可控耦合，所提工艺适用于高品质超大深径比小孔的加工。基于激光与电化学能量在加工间隙处的可控调节，提出了以激光加工为主导和以电化学加工为主导的耦合作用机制。通过分析激光辐照区温升对电解质电导率、电流密度、液相传质和电化学溶解速率的影响，以及电解产生的气泡和杂质等对激光能量的影响，建立了激光电解复合加工的材料去除模型，并进行了初步的激光电解复合加工仿真分析与实验研究。
激光技术 电解加工 理论模型 耦合机制 高深径比 深孔 中国激光
2024, 51(16): 1602402
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 中国一汽无锡油泵油嘴研究所，江苏 无锡 214063
4 西安中科微精光子制造科技有限公司，陕西 西安 710119
飞秒光纤激光器具有脉宽极短，瞬时功率高，对加工材料无选择性等特点，被广泛应用于精密微孔制造领域。为此，提出了一种高精度轨迹可调光束扫描系统，利用电机控制偏转光楔组和平行平板组相对于激光光轴的角度，再通过聚焦透镜缩小光斑，实现精准控制下飞秒激光的旋转扫描，解决了目前高深径比、倒锥孔加工困难的问题。将该系统应用于汽车喷油嘴油孔加工，实现了加工孔径的孔径为25~800 μm，孔径误差≤±2 μm；在锥度孔加工中可实现微孔锥度-5°~+5°；实现了深径比为20∶1的微孔加工。
光学设计 飞秒激光加工 倒锥孔 高深径比 喷油嘴 激光与光电子学进展
2022, 59(11): 1122002
1 中国科学院 西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100049
3 华南理工大学 广东省半导体照明与信息化工程技术研究中心，广东 广州 510641
4 西北工业大学 电子信息学院 光学影像分析与学习中心，陕西 西安 710072
硫化锌（ZnS）晶体是重要的宽光谱红外窗口材料，高深径比纳米孔的超快激光制造技术为中红外波导傅立叶变换光谱仪等光子器件的实现提供了重要的技术途径。本文采用中心波长为1030 nm、重复频率为100 kHz、脉冲宽度为223 fs~20 ps可调的Yb: KGW激光光源，用石英锥镜产生高斯-贝塞尔光束，并用4f系统构建了40倍缩束的超快激光直写系统。在能量为36~63 μJ，脉宽为12.5~20 ps的情况下，在ZnS晶体上成功刻写了直径为80~320 nm的纳米孔结构。通过聚焦离子束（FIB）剥蚀和扫描电子显微镜（SEM）成像确定了纳米孔隙表面形貌、直径及深度信息。研究了激光脉冲能量、脉冲宽度对纳米孔隙的影响。结果表明，在20 ps脉冲宽度、48 µJ脉冲能量的激光参数下，纳米孔隙的深度约为270 μm。
硫化锌晶体 高深径比纳米孔 光子器件 高斯-贝塞尔光束 ZnS crystal high aspect ratio nanopores photonic devices Gaussian-Bessel beam
上海交通大学物理与天文系, 区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室, 上海 200240
利用改进的双温模型理论，表征了多脉冲飞秒激光对厚的金属铝的烧蚀情况，并在实验上予以验证。用有限差分法对飞秒激光在金属铝表面烧蚀过程的温度场进行了三维数值模拟，预测了孔在激光能量密度、脉冲个数、激光束腰半径等不同激光参数作用下的孔径与深度。实验发现，激光能量密度和脉冲个数是影响小孔形貌的主要因素，且多脉冲烧蚀阈值明显低于单脉冲烧蚀阈值。讨论了准贝塞尔光束在最大准直距离内无衍射的特性，分析了贝塞尔光束对于深小孔加工的提升特性。
激光光学 激光加工 高深径比 双温模型 贝塞尔光束
