王立军院士: 大功率半导体激光在智能装备制造领域的应用

一、半导体激光在智能装备制造领域的应用 (一)在传统激光制造领域 半导体激光在车辆制造、船舶制造、航空航天、电子电气、钢铁冶金、能源这些方面发挥了重大的作用.它的显著优点是电光转换效率高.半导体激光的光源加工设备具有高效、节能、运行成本低的优点.在欧美发达国家,50%-70%的汽车零部件由激光加工完成,年产每万辆汽车至少需要30台激光加工设备,可以节省原材料.     

金、银、铜等典型高反射率材料的激光增材制造

激光增材制造金银材料可用于艺术品、首饰、手表等的定制化制造.铜是传统工业的重要材料,具有良好的导电性和导热性;铜的激光增材制造材料被广泛用于电子设备、热管理系统、交通运输、工业制造等领域.金、银、铜的激光增材制造具有广阔的应用前景,但也面临着重要问题:金、银、铜材料对激光的吸收率很低.理论分析表明,光吸收率受材料的电导率和激光波长的直接影响.用合金化粉末或表面改性的粉末替代原始粉末打印,或用短波长蓝光或绿光激光打印,可以提高粉体对激光的吸收率,得到更好的打印态样品.本文总结了铜、金等高反射率材料的激光增材制造的激光成型现状和原料端现状,亦对铜、金等高反射率材料的激光增材制造的未来发展趋势做出了展望.     

激光直写柔性电路的研究进展

目前柔性电子行业正处于一个重要的转型期,各种外形新颖和功能丰富的柔性电子产品不断涌现,从有限的柔性到具有形状适应性及延展性的柔性电子设备.这极大地刺激了人们对柔性电子设备的需求,在更大幅面基板上以更低的成本开发出特征尺寸更小,以及性能更好的柔性电路制造技术备受关注.在各种技术中,激光直写技术已经被证明是一种高效灵活且能够大面积生产柔性电子电路的制造方法.激光直写作为一种非光刻、非真空、在线式加工技术已经受到了越来越多的关注.其可以应用于包括热敏柔性衬底在内的各种衬底的电路电极的制造中,在生产柔性电子设备、柔性储能设备、传感器以及可穿戴电子设备等领域有着巨大的应用前景.本文对激光直写柔性电路(Laser Direct Writing of Flexible Circuit, LDWFC)技术在柔性电路制造中的最新发展进行了总结,重点介绍了激光直写技术在柔性电路制造中所适用的导电油墨材料种类和特点.从激光烧结技术、激光还原技术、激光诱导改性技术、激光辅助电路制造技术4个方面详细介绍了LDWFC加工技术.此外,本文还介绍了LDWFC在柔性储能器件、柔性传感器以及柔性显示器中的应用,并对LDWFC技术在柔性电路制造中的发展进行了展望.     

亚微米传输平均自由程的掺铒多孔铌酸锂中的3波长可见上转换荧光（英文）

制备了多孔掺铒铌酸锂材料,并研究了其3波长可见上转换荧光特性.在980 nm连续光激发下发射峰中心波长分别为660、550和450 nm.通过相干背散射法测得多孔铌酸锂的传输平均自由程在亚微米范围,这使得制备的多孔掺铒铌酸锂适用于可见光多波长上转换随机激光.     

激光微加工在航空发动机MRO中的应用

作为一种精密制造技术,激光微加工在航空发动机中复杂部件的维护、修理和全面翻修(Maintenance,Repair and Overhaul,MRO)中表现出明显的优势和巨大的潜力.随着新一代航空发动机性能指标的不断提升,其关键零部件将长期服役于更为苛刻的极限环境下,如高温、高压以及高转速等,工况环境对其耐热性、机械强度、表面摩擦系数、防结冰性等方面提出了很高的要求.激光微加工作为一种非接触式的表面处理技术,可以促进以上相关性能的实现.本文将基于激光与航空材料相互作用机理及其应用,介绍激光微加工技术在航空发动机MRO和生产制造中的广泛应用,探究航空发动机先进制造过程中激光加工的具体工艺和特征.由于航空发动机制造和维修的过程十分复杂,研究人员将利用激光的单色性、高亮度、高方向性和相干性等特点,基于光热过程和光化学过程两种机理,探索激光与物质相互作用的物理机制和动态过程,并讨论其在激光微纳制造、清洗、增材制造、冲击强化以及焊接切割等关键制造工艺中的合理应用.本文对激光微加工领域在航空发动机行业中的技术进行了综述,为航空发动机维修和服务保障体系建设中所需的工程技术支援和前沿研究技术联动提供了一种新模式,有望能促进与之相关的保障装备得以快速发展.     

“激光先进制造技术应用学术研讨会”征文

随着全世界范围内工业激光技术的迅猛发展,激光先进制造技术在汽车、电子、航空航天、冶金、石油化工、能源、生物工程等领域得到越来越广泛的应用。为了加强激光先进制造领域的学术交流,促进激光先进制造技术在国内的应用和产业发展,中国机械工程学会和中国光学学会定于中国国际机     

激光预警接收器的一种改进方案

提出了一种新的激光预警接收器的设计方案．其中设计制作了一种小型实心迈克尔逊干涉装置，它能使进入该系统的除激光之外的所有杂散光不产生干涉，能对其干扰产生抑制作用；设计了一种信号光波面变换系统，使该系统形成的迈克尔逊等倾干涉图的结构变的极简单、信号光能量分布很集中，能有效地提高信噪比、简化光电转换接收系统；设计了一种基于瞬态峰值检测的光电转换集成电路，能显著提高测窄脉冲激光时的信噪比，使系统能有效地监测其波长在可见光区和近红外区的各种激光信号．     

水下可见光通信节点设计

面向实际的水下通信应用需求,设计实现了水下可见光通信节点,主要包括硬件平台和软件系统两部分.硬件平台以STM32F405RGT6为主控制器,由可见光发送模块、可见光接收模块和电源模块等外围电路构成;软件系统以操作系统和协议栈为主.为了方便内存管理和任务调度,在通信节点的硬件平台上移植了μC/OS II嵌入式操作系统,并实现了基于IEEE 802.15.7可见光通信标准的物理层协议和数据链路层协议.经过测试验证,可见光通信节点可以在水下1m距离范围内进行可靠通信.     

锥形飞秒强激光等离子体中Compton散射的能量转换

应用相对论性电子与多光子集团非弹性碰撞模型和经典相对论电动力学理论,分析、计算了锥形飞秒强激光等离子体中多光子非线性Compton散射的能量转换.发现等离子体中的耦合激光场会引起能量转换效率的振荡,而静电场会降低能量转换效率.当高能电子与光子发生双光子非线性Compton散射时,电子能获得最大的能量转换效率.     

光学超晶格的多波长倍频实验研究

介绍了在同一块非周期结构的LiTaO3光学超晶格中，直接对皮秒掺钛蓝宝石泵浦的多波长参量激光器输出的脉冲激光倍频，实现了从可见光到红外光的倍频激光输出，其最大光－光转换效率达到90％。     

激光先进制造专题·编者按

由于激光突出的单色性、高亮度、高方向性和相干性等特点,经过多年的研宄发展,激光先进制造技术经历了以激光打标、激光表面处理、激光切割、激光打孔和激光焊接等为代表的激光宏观制造技术,以激光精密切割、激光精密钻孔和激光烧蚀等为代表的激光微细加工技术,和以激光制备纳米颗粒、激光诱导表面微纳米结构、干涉光刻和近场纳米制造为代表的激光微纳加工技术等多个发展阶段,覆盖了从毫米到纳米的不同加工尺度,在现代先进制造业中发挥着越来越重要和广泛的作用.     

“最黑”材料制成高精度激光功率检测器改进后可为太赫兹射线功率测量提供一种标准

据美国科学促进会网站8月18日报道，美国国家标准技术研究院利用世界最黑材料——森林状多壁碳纳米管作涂层，研制出一种激光功率检测器，可用于光通讯、激光制造、太阳能转换以及工业和卫星运载传感器等先进技术领域的高精度激光功率测量。研究论文发表在最新的《纳米快报》上。     

激光先进制造技术

叙述了激光先进制造技术所包括的主要技术领域,它们是激光加工技术,激光检测技术和激光快速成型技术等,对激光先进制造技术的应用领域,尤其是在汽车行业中的应用作了较详细的说明。     

刍议电子元器件的激光微细加工技术与设备应用

激光加工技术是一种较为新型的制造加工工艺,与传统制造加工工艺相比,它体现出较大的优越性,并受到广泛好评.该文结合电子元器件的激光微细加工技术应用现状,对其相关应用与发展进行分析和阐述.     

光纤面阵可见光吸收/红外辐射性能实验研究

介绍了一种用于红外动态场景生成的新型可见光/红外图像转换器芯片.采用离子刻蚀工艺制作芯片的吸收辐射膜,其可见光波段吸收率可以达到98.5%以上,3～5μm波段的红外发射率可以达到0.73,8～12μm波段的发射率达到0.82.测试证明,此吸收辐射膜完全满足红外图像转换芯片的应用要求.     

激光二极管端面泵浦Nd:YVO4/YVO4复合晶体激光器热效应研究

针对Nd:YVO4/YVO4复合晶体热传导的实际特点,提出了三维各向异性热传导模型,计算出晶体中的温度场分布.定量分析了LD端面泵浦条件下激光晶体的长度及折射率与温度变化的关系,得到晶体在不同泵浦功率下的热焦距.在此基础上,采用三镜折叠腔,设计出高转换效率KTP腔内倍频连续绿光激光器.当泵浦功率17W时,得到9.33W 1064nm和5.01W 532nm的激光输出,最高光-光转换效率分别为59.1%,34.4%.理论计算及实验结果表明复合晶体能很好地消除热透镜效应,在制造高效稳定的大功率固体激光器中具有重要应用价值.     

安徽省高柔性激光智能制造与检测工程实验室简介

正安徽省高柔性激光智能制造与检测工程实验室于2020年9月由安徽省发改委批准建设。实验室定位于先进激光智能制造与激光智能检测技术研究,面向我省战略性新兴产业高端装备制造发展需求,针对制约传统制造业向高端装备制造业转型的瓶颈问题,重点开展高柔性激光光源研发、智能制造、智能感知与检测三个方向的科学研究和技术创新,培养高素质、高水平的创新型人才,为我省高端装备制造技术发展提供理论与技术支撑。     

一种网络化制造平台集群模式的构建

为解决网络化制造平台之间的协作和快速集成问题,形成一个集成、协同的资源环境以快速响应用户多变的需求,提出一种网络化制造平台的集群模式,构建网络化制造平台集群的总体结构,建立网络化制造平台集群的集成框架,研究集成框架涉及的信息转换和资源二次封装等主要集成技术.最后结合建筑行业中门窗幕墙制造企业的板材和条材网络化协同优化平台集群的案例对该网络化制造平台集群模式的实用性和可行性进行了验证.     

紫外检测系统中紫外可见转换屏的研制

分析比较了不同荧光粉的激发光谱、发射光谱、转换效率、峰值波长等特性,提出以二价锰激活的硅酸锌Zn2SiO4荧光粉为荧光粉层,以光学纤维面板为基底,采用刷涂技术,研制了一种可以将紫外光信号转换为可见光信号的转换屏,并实验测量了其转换效率和余辉。由测量知其转换效率可以达到80%,余辉为25ms。因此,利用此转换屏可以高效地将紫外光信号转换为可见光信号。     

高性能倍半氧化物激光晶体生长及制造工艺与装备

发展高端激光制造技术与装备可促进我国传统制造业转型升级。由天津大学牵头的国家重点研发项目"高性能倍半氧化物激光晶体生长及制造工艺与装备"针对性能优良的大尺寸、高熔点倍半氧化物晶体生长工艺与集成装备,及硬脆激光晶体的高效低损伤超精密磨削、抛光工艺与装备等研发难题,开展晶体生长、加工工艺和装备的重大共性关键技术研究。项目预期发展具有自主知识产权、国际先进水平的大尺寸、高熔点倍半氧化物晶体的生长工艺及装备、加工工艺及装备。研制出的高精度大径厚比倍半氧化物激光晶体元件为高功率先进激光器提供核心元件,将会在增材制造、激光制造、信息产业等国家需求的重点领域开拓战略性的新兴产业。