激光能量密度分布的测量方法

提出一种用于激光能量密度分布测量与分析的方法, 首先采用图像处理方法对激光光斑图像进行检测处理, 再对激光光斑波面进行拟合, 并采用伪彩色对激光能量分布进行三维显示. 采用Zernike多项式对波前进行拟合和重构, 讨论了拟合采样点的布设方法, 并用激光能量密度测试精度平均误差较小的同心放射状采样点布局方案. 采用伪彩色算法对二维光斑图像进行三维模型显示, 反映光斑不同区域能量分布的相对 大小和位置. 实验结果表明, 该方法基本满足激光能量密度分布检测的要求.     

红外空心传能光纤聚焦系统的设计与优化

为了进一步提高光纤传输激光的效率,通过改善中红外光纤输出激光时的光斑及发散角的大小设计了双透镜和两种三透镜光学聚焦系统,并得到相应的光斑图形.运用MATLAB软件对实测的光斑进行模拟计算,得到了光斑的强度分布图,通过分析计算不同聚焦系统中的不同位置处光斑的大小,计算井得到了光束发散角.实验结果表明,3种方案中凸凹凸三透镜聚焦系统效果最佳,输出的光斑直径为0.33 mm,光束的发散角为042°,提高了耦合效率,降低了传输能量的损耗.     

纳秒强激光烧蚀铝靶的数值模拟研究

为研究强激光对金属表面的破坏效应,文中利用热传导理论和相变的等效温度处理方法,建立了激光烧蚀金属过程的二维计算模型,并利用有限元分析方法对纳秒单脉冲强激光作用铝靶过程进行了数值模拟计算,获得了激光辐照下铝靶烧蚀形状和温度场分布特征. 结果表明,在激光单脉冲能量一定的情况下,脉宽越长,烧蚀形状愈加细长;大光斑的烧蚀半径要小于光斑尺寸,且光斑增大到一定程度后烧蚀半径因功率密度下降而减小.     

矩形波导管均匀高斯光束的初步理论研究

波导管均匀光束能量分布是一种经济实用、方便可行的方法,在激光LIGA(德文缩写:深度X射线光刻、电铸成模、微塑铸)、激光微成型等新兴领域有着重要的应用,然而关于波导管均匀准分子、固体激光光斑能量分布的理论研究还没有成熟可靠的方法.本文提出了一种基于经典光线传播的均匀光斑能量的简单模型,探讨了一维高斯光束经矩形波导管后的能量分布均匀性问题,得到了波导管均匀光斑能量的表达式,阐明了经矩形波导管后光斑横截面能量分布与透镜、波导管尺寸以及输出截面的关系,为实验中波导管的加工、实验设计提供了理论依据和指导.     

不同光斑模式的CO2激光在镀锌板钎焊连接中的应用

为了获得CO2激光填丝钎焊镀锌钢板的工艺特性,对CO2激光进行了光束成形,分别研究了圆形光斑、双焦点光斑和矩形光斑3种光斑模式下的镀锌板激光填丝钎焊工艺特点与接头质量．结果表明,采用双焦点的CO2激光光斑加热,钎焊过程适应性增加,并可获得良好的焊缝成形,同时提高激光能量利用率;矩形光斑钎焊可降低镀锌层烧损,但焊接适应性和激光能量利用率降低．通过改变CO2激光的光束能量分布,可以替代Nd：YAG激光进行镀锌板的连接．     

重复频率3Hz、100mJ高光束质量钕玻璃放大器的研制

研制了具有放大纳秒方形激光脉冲的高光束质量、高稳定的激光二极管(LD)抽运的钕玻璃激光放大器。为了获得较高的输出能量,采用LD泵浦的"串联式双程放大"高增益组件进行能量放大。为了获得高光束质量的光斑,利用液晶空间光调制器(LCSLM)对光束近场分布进行空间整形,使之产生特定的空间分布,进而对后级放大器增益不均匀性进行光学预补偿。放大器工作波长为1 053nm,工作频率为3 Hz,输入1nJ的3ns方形激光脉冲,输出激光脉冲能量为100mJ、光束口径为10mm×10mm的方光斑,能量不稳定度小于2%(均方根),净增益大于109。光束的近场调制度小于1.3∶1,远场焦斑衍射极限小于2DL,远场角漂移小于9.5μrad。     

激光冲击强化对TC4电子束焊缝机械性能的影响

利用高功率重复率Nd：YAG激光对TC4钛合金电子束焊缝进行了冲击强化处理，研究了激光冲击强化处理过程中改变激光功率密度对电子束焊缝残余应力分布和表面层硬度的影响．试验结果表明，当激光脉冲能量为45．9J时，激光光斑直径Ф9mm，残余应力基本不发生变化，而激光光斑直径小于Ф3mm，焊缝残余应力分布变化显著，并随着激光光斑直径的减小，残余压应力的数值增大更加明显．当激光冲击的功率密度大于18GW／cm^2时，激光冲击强化处理使电子束焊缝区的残余应力改变明显，改善了焊缝残余应力的分布；当激光冲击的功率密度大于12GW／cm^2时，激光冲击强化处理使电子束焊缝区的表面层硬度明显改变，改善了焊缝区域硬度的分布，有利于提高TC4钛合金焊缝区的机械性能．     

用准分子激光对漆包线精细剥漆的研究

对不同能量密度、不同频率的准分子激光作用漆包线的情况进行了实验研究,得出用激光精细剥漆的最佳能量密度,且用最佳能量密度对不同粗细、不同漆厚的漆包线进行剥漆处理,发现剥漆所需的脉冲个数与漆厚有着密切的关系．初步分析了各种实验现象．结论对准分子激光应用于电子工业生产和进入自动化具有重要意义．     

方形激光斑研究

变激光能量的高斯分布为方形均能分布,是提高材料表面激光处理质量的关键技术。将单模高斯光束分割为四瓣,再重新迭合成方形均能光斑,是一种行之有效的办法。本文从一个简单可行的装置模型出发,理论上讨论了同类装置所可能获得的理想光斑的能量分布。     

用能量间隔主方程处理CF_2HCl分子红外多光子解离过程

本文用RRKM理论,考虑碰撞能量传递过程(V-T过程)、烧孔填充效应、激光吸收和发射的能量间隔主方程(EGME)对不同压力下CF_2HCl分子红外多光子解离产率和激光能量密度关系的实验结果进行了拟合。EGME的计算值和实验结果符合。用EGME计算了参数f_p值在不同压力下随能量密度的变化关系。此结果较合理地反映了不同压力下的烧孔填充效应。本文还用EGME计算了CF_2HCl激发态分子在不同时间在各能级上的布居分布。计算结果表明不同压力下的布居分布情况明显不同。     

激光光斑中心高精度定位算法研究

为提高测风激光雷达系统光学结构能量接收效率,需要对激光雷达系统中的激光光斑中心进行准确定位. 通过对常用亚像素定位算法的分析,利用高斯拟合和矩形区域来对灰度重心定位算法进行优化,提出了激光光斑定位的改进算法,并与已有的算法进行了对比分析,设计并开展了验证试验. 试验结果表明改进算法比已有传统算法对激光光斑的定位准确性大幅提高,最大限度地减小光斑形状的不对称所导致的误差,对于光能量分布中心的估计也更为准确,是一种切实可行的光斑中心定位算法.      

激光偏振特性在微尺度工件激光弯曲成形中的作用

根据激光的偏振特性影响金属材料对激光的吸收这一特点,通过改变激光扫描工件表面的入射角,提高了金属表面对CO2激光能量的吸收率,使厚度为0.1 mm的微尺度不锈钢工件在未进行黑化处理的情况下获得了弯曲变形.实验结果表明,在采用线偏振激光对具有吸收层的工件进行多次扫描时,由于变形部分入射角增大引起激光吸收率提高,以及光斑面积增大引起激光功率下降,从而导致作用于工件表面的激光能量因素改变,这是弯曲角度发生变化的主要原因.     

激光相变热处理对TC４电子束焊缝残余应力的影响

利用CO２激光相变热处理技术对TC４钛合金电子束焊缝进行了处理,研究了激光功率、光斑直径、 辅助气体等激光工艺参数对电子束焊缝残余应力分布的影响。实验结果表明,激光相变热处理改善了焊缝残余 应力的分布,使焊缝表面残余应力由拉应力转变为压应力,其压应力值随着激光功率的增加而增大,随着激光 光斑直径的减小而增加;辅助气体为O２时残余压应力值比辅助气体为N２大３０～４０MPa,激光相变热处理显著 提高了TC４钛合金电子束焊缝的残余压应力及其使用寿命。     

无衍射J_0光束的横向分布特性的分析

利用衍射积分理论,导出平面波通过轴棱锥后的横向光场的分布特性,数值模拟了无衍射J0光束横向光强的分布。实验采用了氦氖激光器作为光源,利用体视数码显微镜即一个体视显微镜加上一个数码相机来得到输出光斑图,并利用matlab将结果进行了进一步的分析。通过实验的验证显示氦氖激光光束通过轴棱锥后产生的光束电场强度的横向分布很集中,中心光斑的能量最强,呈现理想的零阶贝塞尔光,与理论非常吻合。     

激光光斑面积对多光子电离离子产量的影响

研究了在激光脉冲能量和激光脉冲宽度一定时激光光斑面积对多光子电离离子产量的影响。得到了离子产量最高的条件即最佳探测条件 ,同时还讨论了激光光斑面积对探测中常用的多光子电离的离子产量影响的程度。结果表明 ,激光光斑面积对离子产量的影响与光强指数在 1附近变化快慢有关 ,光强指数变化越快 ,激光光斑面积对离子产量的影响越大     

激光脉冲能量测试装置的设计及实验研究

在激光钎焊过程中,为了达到理想的焊接效果,光斑聚焦处能量的控制是一关键因素,能量的测试显得尤为重要。设计了一种激光脉冲能量的测试装置,利用该装置对KJG-1YAG-400A激光焊机脉冲能量进行测量;并通过建立数学模型从理论上分析了测量过程中的热损失,得出了测试装置吸收激光能量后热电偶电阻随时间变化的曲线,经过计算修正后,得到单脉冲激光能量与脉冲电流、脉宽之间的相互关系。通过实验得出,该种测试装置及方法对于脉冲激光能量测试是可行的,同时降低了测试难度,节约了测试成本。     

纳秒脉冲激光诱导的硅离子发射与激光能量密度的关系

用高分辨质量选择的飞行时间谱技术研究了在１９３ｎｍ脉冲激光辐照下自Ｓｉ（１００）表面上硅离子的脱附．发射硅离子动能分布的测量表明，随着激光能量的增加，将相继出现一些新的特征峰，其强度随着激光能量密度的增加而增加．在低的激光能量密度下出现在２．２，３．０，４．２和６．９ｅＶ的峰表征不同背键表面态下的电激发过程，而在较高能量密度下相继出现的特征峰分别表示硅表面上的预熔、蒸发、等离子体形成等物理过程的开始．因此，所有在动能分布曲线相继出现的特征峰可做为检验在不同激光能量的作用下，各种不同物理过程开启的判据．     

激光立体成形技术中工艺参数的数值模拟分析

激光立体成形是一种非常复杂的热力学耦合过程,影响成形过程的因素很多.本文在对激光立体成形技术国内外发展研究现状进行概述的基础上,通过对同步送粉激光熔覆技术原理的分析建立了热力学模型,并针对10.6μm的CO_2激光器加热熔覆不锈钢材料3Cr13进行了工艺参数的数值模拟分析.结果表明光斑直径越大能量密度越低,光斑直径越小能量密度越高;同一功率下,扫描速度越大,单道熔覆宽度越小;扫描速度相同,功率越大,单道熔覆宽度也越大.     

基于光强自适应控制的激光位移传感器

在一体化激光位移传感器系统中,激光发射部分是保持整个系统稳定性和精度的基础。为解决激光投射光斑在CCD上所采集到的数据不理想问题：投影光斑能量不集中,光斑宽度过大且有多峰,噪声不可忽略等等通过发射模块改进和光强自适应算法两种方式来改善,最终得到接近理想状态的激光光斑。最后实验验证：自适应控制算法能够提高系统的精度达一倍以上。     

激光光斑面积对多光子电离离子产量的影响

研究了在激光脉冲能量和激光脉冲宽度一定时激光光斑面积对多光子电离离子产量的影响。得到了离子产量最高的条件即最佳探测条件，同时还讨论了激光光斑面积对探测中常用的多光子电离的离子产量影响的程度。结果表明，激光光斑面积对离子产量的影响与光强指数在l附近变化快慢有关，光强指数变化越快，激光光斑面积对离子产量的影响越大。