基于PC平台的高精度激光微加工系统的研制

介绍了自主设计高精度皮秒激光微加工系统及其控制单元。首先在加工系统整体方案的设计上充分考虑了激光器的选择、光束质量、控制方式等对加工精度的影响。将高斯光束转化为平顶光束引入激光微加工。其次使用了一种位置比较脉冲的光机同步技术,使得激光脉冲在空间上均匀分布,改善了加工效果。最后在系统中加入了路径规划、实时监测及同步显示等功能,实现系统加工线宽达到3.64μm,绝对定位精度小于1μm的激光微加工。     

飞秒激光在蓝宝石晶体表面加工微细结构的实验研究

由于蓝宝石晶体具有很高的硬度和耐磨蚀性,很难进行机械和化学腐蚀加工。笔者利用波长780 nm、频率1 kHz和脉冲宽度164 fs的飞秒脉冲激光在蓝宝石晶体表面进行了微细结构加工的实验研究。采用飞秒激光静态照射蓝宝石晶体表面,通过飞秒激光烧蚀孔的直径和脉冲能量的关系,计算了飞秒激光烧蚀蓝宝石晶体的两种烧蚀状态下的烧蚀阈值和有效烧蚀半径。通过直线扫描实验,在不同实验条件下在蓝宝石晶体表面加工微槽,获得微槽的宽度和深度与飞秒激光主要参数之间的关系。研究结果表明,微槽的加工表面可通过增加扫描次数而得到明显的提高,且扫描次数的增加对微槽的宽度和深度基本无影响。利用聚焦的飞秒激光束沿着轨迹扫描,在蓝宝石晶体表面加工出比较清洁的微小结构,可以为实现微结构的精密加工提供指导。     

钛宝石飞秒激光系统及其应用

目前最为成熟的飞秒激光系统是基于啁啾脉冲放大技术（CPA）的太瓦级钛宝石飞秒激光系统。本文以东莞理工学院光电子技术实验室的钛宝石飞秒激光系统为例,主要介绍飞秒激光系统的组成和一些主流应用,为飞秒激光系统的搭建与商业化提供了可参考的路线和方向。     

精密数控曲线磨削中的砂轮法向跟踪建模及实验

针对传统数控曲线磨削存在的缺陷,提出了精密数控曲线磨削砂轮法向跟踪的新概念;通过保证曲线轮廓上磨削点处的法线经过砂轮的回转平面,实现了砂轮与工件之间的恒定点接触,从而提高了加工精度、实现了对任意复杂曲线轮廓的磨削加工.在分析砂轮与工件运动几何关系的基础上,建立了砂轮法向跟踪的数学模型,进而给出了法向跟踪的控制算法,并将该算法成功地应用于自行研制开发的MD9040型数字化曲线磨床.实验结果表明,砂轮法向跟踪的实现有效地提高了曲线磨削的加工精度.     

Editor’s note

The past two decades have witnessed great progress in development of ultrashort laser pulse in laser science, often at an unexpected speed. It has found various applications, both theoretical and practical, in the frontiers of science.     

CAD/CAM的电化学微细加工技术

将CAD／CAM技术和电化学加工技术两者有机结合起来。研究金属零件或模具表面微细花纹、图案、文字(或商标)的三维电化学展成微细加工技术。得到较为满意的初步实验结果．该技术的进一步研究和实践。既可用于金属零件表面的微细槽加工和微细螺纹件加工,又适用其它复杂形状和结构的微加工和制造．     

低密度CH泡沫微柱微细车削加工工艺研究

低密度多孔泡沫材料在高能密度物理、辐射运输、绝热成型研究中有重要应用,但该材料多孔易碎,加工难度大.在尖刃金刚石外圆刀具和尖刃金刚石切断刀具设计的基础上,利用精密车削微加工方法制备了激光惯性约束聚变(ICF)所需的各类低密度CH泡沫微柱,并详细讨论了切削加工条件、加工刀具集合参数、切断刀具几何参数、加工参数等对CH泡沫微柱车削加工的影响.     

微细电解加工实验研究

针对微细电解加工中脉冲电源技术,电解液成分配比,以及加工间隙检测、控制等问题开展了微细电解加工技术的试验研究工作.首先讨论了微细电解加工的工艺特点和主要技术步骤,然后利用高频窄脉冲电源进行了加工实验.通过实验现象和实验结果的研究分析,提出了改进加工实验的方案,通过实验证明了本方案和技术路线的可行性,并获得了很好的微结构加工试验结果.通过微细电解加工实验的研究,为微细电解加工的生产应用提供了依据,显示出微细电解加工方法在金属零件微制造方面有着广阔的应用前景.     

飞秒激光和大功率激光的发展与应用

综述了激光技术的新发展和研究的热点,重点论述了飞秒激光技术的最新发展和它在生命科学、基因工程、信息科学、超微细加工及物理学等领域中的应用以及大功率激光技术的发展和它在国防军事领域中的应用。     

飞秒激光在对氨基偶氮苯薄膜表面上制备微偏振元件

用400 nm和800 nm线偏振飞秒激光垂直聚焦于对氨基偶氮苯薄膜表面上,以形成纳米微结构.实验观察到400 nm和800 nm线偏光照射样品表面分别得到周期为210 nm和500 nm的干涉条纹,条纹周期均随激光能流密度的增强而增大.通常认为这种周期结构是由入射激光与材料表面的散射光相干涉所形成的：光的干涉引起材料表面温度呈现梯度变化,从而引起表面张力呈现梯度变化,诱导周期条纹的产生.制备偶氮聚合物的厚膜,用400 nm飞秒激光照射样品表面,同样也得到周期性纳米微结构.     

纳米尺度激光紧聚焦光穿孔技术

论述了一种新型的细胞转导方法——纳米尺度激光紧聚焦光穿孔技术.按照光穿孔可能的物理机制,分4类讨论了现在主流的光穿孔技术:连续激光光穿孔,其中最前沿的技术是紫外二极管激光光穿孔;纳秒、皮秒激光脉冲和经放大的千赫兹飞秒激光脉冲光穿孔,其中应用范围最广的是Nd:YAG激光器;飞秒激光振荡器发出的兆赫兹脉冲序列光穿孔,该技术在多尺度、跨学科及在体研究中扮演重要角色;最新出现的利用双脉冲微射流进行光穿孔,这是光穿孔技术中仅有的一种将外源物主动引入细胞内的方法.可以预见:当激光紧聚焦技术结合了双光子荧光显微镜、微芯片实验室、膜片钳技术等各种单细胞分析技术后,必将在细胞间通信、干细胞谱系提交、癌症转移、激光基因疗法、胚胎发育学以及神经功能再生等学科领域中产生重大影响.     

基于光电子成像技术的碘甲烷多光子电离行为

利用飞秒光电子成像技术研究了碘甲烷在超短激光脉冲场中的多光子电离解离行为.实验获得了碘甲烷分子在400 nm飞秒激光作用下的飞行时间质谱以及电离产生的光电子影像.实验结果表明,在超短脉冲激光场中,分子的电离通常是非共振电离,电离产物主要为母体离子和极少量的碎片离子.从光电子成像中获得的光电子平动能分布可以得到电离产生的电子p_1(2. 03 eV)和p_2(2. 67 eV)分别来源于母体离子的基态和激发态.从光电子成像中获得的角度分布可以推测出,光电子峰p_1和p_2可以分别近似看做单光子电离和双光子电离过程,且光电子散射角度趋于各向同性分布.     

Effects of cavity-dispersion noncoaxiality on the generation of ultrabroadband femtosecond pulses

The effects of cavity-dispersion noncoaxiality （CDN） on the generation of ultrabroadband femtosecond pulses in KLM Ti：sapphire laser were investigated theoretically and experimentally. It was predicted that when the laser sub-cavity works near the coaxial operation point, the limitation of CDN on the bandwidth broadening is minimum, which is favorable for ultrabroadband pulse generation. On the basis of this prediction, femtosecond pulses with bandwidth of 650 to 1000 nm were directly generated from a home built KLM Ti：sapphire laser. To our knowledge, they are the broadest bandwidth pulses produced from KLM Ti：sapphire laser with similar oscillator configuration and gain crystal length of 3 mm.     

超短脉冲激光及其应用

评述了国际上超短脉冲激光技术的最新研究进展以及超短脉冲激光在超高速光通讯、海量信息存储、光合作用研究、化学反应过程研究等领域广泛的应用状况     

飞秒激光烧蚀炸药的冲击压力数值模拟

飞秒激光能够在极短时间内烧蚀炸药产生高温高压等离子体,飞秒激光烧蚀炸药技术可用于精密加工炸药元件和安全处理废旧弹药.为深入探讨飞秒激光烧蚀炸药作用规律,采用非线性有限元计算方法,建立了飞秒激光烧蚀炸药过程的起爆计算模型,对飞秒激光烧蚀LX-17和LX-10两种炸药过程进行了数值模拟计算,获得了不同飞秒激光能量作用下等离子体和炸药中的压力分布规律.计算结果表明,在飞秒激光烧蚀炸药的过程中,烧蚀产物等离子体和激光作用区外附近炸药的初始压力较高,但是由于激光烧蚀区域极小,炸药内冲击波压力迅速衰减,没有发生起爆现象.      

飞秒脉冲激光沉积法的动力学过程实验研究

用钛宝石飞秒激光器将最大峰值功率密度为1.14×1013 W/cm2的激光作用在Bi4Ti3O12陶瓷靶、Cu靶、FeSi2合金靶上,研究产生等离子体羽的颜色和形状一般规律:内芯均为白色对应于高温高压等离子体;紧跟内芯的是等离子体的复合形成中性粒子的区域;颜色单一的外层是温度较低的中性粒子和低温等离子体区.飞秒脉冲激光产生的等离子体呈cos4θ的角分布.在准分子脉冲激光沉积下衬底温度为500℃时-FeSi2薄膜的生长模式是Volmer-Weber模式,衬底温度为550℃时β-FeSi2薄膜的生长是Stranski-Krastanov模式.实验发现飞秒激光沉积技术能解决传统PLD法中产生大尺寸微滴的缺陷.     

准分子激光微细加工

准分子激光对无机和有机材料都有着很好的消融和蚀刻性能 .本文主要描述了准分子激光消融和蚀刻在微细加工方面的应用     

CNC刀具偏移的轨迹跟踪算法探讨

在CNC加工中,刀具运动轨迹的插补算法是一个重要的技术问题。对此,介绍了一种轨迹跟踪算法,即用几何属性定义轨迹,通过重复应用双可析执行结构来生成在要求路径(偏移)上一系列连续的点;该算法能适应要求路径的可析表达式是可得的情况,它能保证最大一步轨迹位置的误差。     

真空环境脉冲激光焊接工艺分析

激光焊接技术广泛地用在了常规加工领域，在非常规加工领域更显示出了无可比拟的优越性．从实验的角度研究了脉冲激光焊接在真空环境下在能量转换器封装中的应用，分析了焊接过程中几种工艺问题和产生机理，提出了解决这些工艺问题的建议．     

飞秒激光诱导氧化锌晶体表面纳米条纹的相干连接

介绍了飞秒激光脉冲辐照氧化锌晶体表面诱导纳米条纹的相干连接,通过调整两次激光扫描区域的间距,两次独立形成的纳米条纹可以相干的连接起来,形成更长的纳米光栅.这样就解决了以前诱导光栅尺寸由激光聚集光斑大小限制的问题.Raman线扫描技术表征了相干连接的质量,并对相关的物理机制做了讨论.这种技术可以利用飞秒激光制作大尺寸的自组装纳米光栅.