ZrO2陶瓷激光加热辅助切削工件表面性能的研究

ＺｒＯ_２陶瓷材料在不同激光参数的照射下,表面的组织和物理性能;ＺｒＯ_２的抗热震性能。并用解析法对激光加热温度场分布规律进行了分析计算,为ＺｒＯ_２陶瓷材料激光加热辅助切削工艺提供依据。     

激光划痕法膜基界面的温度场及应力场分析

为了对膜基系统的温度分布和应力分布进行模拟研究,采用ANSYS有限元分析软件,对高斯移动激光加载条件下TiN薄膜的温度场和由温度场产生的应力场进行了稳态分析。研究结果表明,温度场随激光光源的移动而移动,温度场中温度最大点在激光光斑中心处,且激光光源移动方向后方的温度场有较大的迟滞现象。在膜基系统中产生的应力场主要集中在薄膜内部。温度场和应力场的研究对探讨膜基系统失效进程具有重要意义。     

CO2激光辐照下光学薄膜的温度场与热畸变

介绍了光学薄膜温度场的基本理论,利用交替隐型技术,对10.6μm激光辐照下介质薄膜的温度场分布进行了数值模拟和理论分析。在此基础上,利用夏克-哈特曼波前传感器对介质基底样品、不同厚度的介质单层膜样品以及不同膜系的YbF3/ZnSe介质多层膜样品在10.6μmCO2激光辐照下的热畸变进行了实验研究。研究结果表明,激光辐照下光学薄膜样品的温度场分布与辐照激光的光场分布、激光功率以及激光的辐照时间等因素有关。对于10.6μm激光而言,Ge最适宜做基底材料。     

飞秒脉冲激光入射单层光学薄膜的光场特性数值模拟

飞秒脉冲激光入射光学薄膜形成瞬态光场分布是一个非稳态过程,该过程不同于纳秒脉冲或连续波入射的情形,不能直接采用求解薄膜特征矩阵的方法进行处理。采用多光束叠加的方法建立了超短脉冲入射单层膜的反射率和内部光强分布的理论模型,并根据ZnS薄膜材料的参数和单层增反膜的特点进行了数值计算。结果表明,对单层增反膜,薄膜反射率与脉宽成正比,并随脉宽增加逐渐趋近于连续波入射时的情形。在同一脉宽下,膜层厚度增加,反射率下降,且反射脉冲形状也发生改变。膜层中的光强分布计算结果也明显不同于连续波辐照情形,且薄膜厚度越大,差异越显著,表现为连续波入射时,膜层内的光强分布呈等振幅的波动,而超短脉冲入射时,波动的振幅逐渐增大,在膜层和玻璃分界处达到最大值。     

激光脉宽对光学薄膜元件热损伤的影响

纳秒量级及以下脉宽激光致光学薄膜元件的损伤研究持续了几十年,但纳秒量级以上脉宽却很少提及。因此,针对10 ns~1 ms量级区间不同脉宽激光辐照光学薄膜元件产生的热损伤进行了研究,计算了高反膜、增透膜和干涉滤光片三种典型光学薄膜元件的温度场分布,并分析了其激光热损伤特性。结果表明,对于长脉宽激光,热扩散深度大,薄膜损伤的电场效应被削弱,热传导效应在损伤中占据主导地位,损伤可至基底;短脉宽激光损伤对薄膜内部的电场分布更为敏感,损伤发生在温度最高值附近的膜层区域。进而开展了10 ns与1 ms脉宽激光致光学薄膜元件的损伤实验,损伤阈值及形貌特征与温度场计算结果显示的热损伤特性相符。     

脉冲激光辐照下半导体薄膜中温度场的计算

利用理论模型求得了脉冲激光辐照半导体薄膜材料的温度场解析解。结合ＫｒＦ准分子脉冲激光对淀积在熔凝石英衬底上的ａ－ＳｉＨ薄膜以及ａ－ＳｉＨ／ａ－ＳｉＮｘＨ多量子阱结构材料的热退火处理，分析了膜厚、激光能量密度以及ａ－ＳｉＨ／ａ－ＳｉＮｘＨ多量子阱结构材料中的子层厚度比对温度场性质及ａ－ＳｉＨ薄膜的晶化效果的影响。     

准分子激光扫描淀积PZT/YBCO结构铁电薄膜

利用脉冲准分子激光（工作气体ＸｅＣｌ，波长３０８ｎｍ，脉宽２８ｎｓ）在外延ＹＢＣＯ／ＬａＡｌＯ３（１００）单晶基片上淀积了Ｐｂ（Ｚｒ０．５５Ｔｉ０．４５）Ｏ３铁电薄膜，ＹＢＣＯ薄膜既为生长高取向ＰＺＴ薄膜提供了晶体匹配条件，同时也为ＰＺＴ铁电薄膜提供了下电极。讨论了工艺参数对晶相结构和表面形貌的影响。用Ｘ射线衍射表征了该多层膜的晶相结构，扫描电镜观察其表面形貌。ＰＺＴ铁电薄膜的剩余极化为２１μＣ／ｃｍ２，矫顽场为６５ｋＶ／ｃｍ。     

沉积速率对热舟蒸发LaF3薄膜性能的影响

用热舟蒸发方法在不同的沉积速率下制备了LaF3单层膜,并对部分单层膜进行了真空退火.分别采用X射线衍射(XRD),Lambda 900光谱仪和355 nm Nd∶YAG脉冲激光测试了薄膜的晶体结构、透射光谱和激光损伤阈值(LIDT),并通过透射光谱计算得到样品的折射率和消光系数.实验结果表明,增大沉积速率有利于LaF3薄膜的结晶和择优生长,可以提高薄膜的致密性和折射率,但薄膜的抗激光损伤能力有所下降;沉积速率太大,又会恶化薄膜的结晶性能,同时薄膜中产生大量孔洞,薄膜的机械强度降低,导致薄膜的折射率减小和抗激光损伤能力降低.真空退火对薄膜的抗激光损伤能力有不同程度的提高.     

毫秒激光辐照光学元件的多杂质损伤模型

建立了毫秒长脉冲激光辐射透明光学元件的多杂质加热模型,对涂有SiO2/Al2O3增透薄膜的K9玻璃光学元件在毫秒激光辐照下的温度场和热应力场进行了数值模拟,分析了温度场和应力场分布的发展历程。结果表明在毫秒激光作用下,多个微小杂质团簇作为吸收热源能够导致毁灭性的损伤,且损伤同时出现在元件的前后表面,前表面为温度与应力效应共同作用,后表面为应力效应主导。数值模拟结果与实验损伤形貌观察结果吻合较好。     

飞秒激光加热多层金属薄膜的热响应

采用微观双曲两步热传导模型,研究了飞秒脉冲激光加热过程中多层金属薄膜的热响应。利用界面连续条件,推得三层金属薄膜各层薄膜内电子温度和晶格温度在拉普拉斯域内的解析表达式。通过拉普拉斯数值反变换,计算并绘制了100nm单层Au膜和34nmAu/33nmCr/33nmAu三层膜在飞秒脉冲激光加热过程中各层薄膜内电子温度和晶格温度沿薄膜厚度的分布曲线。数值结果表明,激光加热过程中不仅电子与晶格之间存在强烈的非平衡热行为,不同金属材料薄膜界面上金属晶格温度也具有急剧的非平衡行为。同时讨论了多层薄膜温度分布特点及其与薄膜材料参数的关系。     

几种金属结构材料的激光冲击损伤形貌特性实验研究

激光冲击是一种以高功率脉冲激光辐照金属材料的新型表面改性处理技术。课题组通过对铝、钛和不锈钢这三种典型的金属结构材料,在有水约束层和记号笔涂层作保护层的情况下,进行激光冲击对比试验,获得强激光冲击作用下金属结构材料的损伤特性,并定量分析了激光冲击次数与金属材料表面凹坑深度的关系,结果表明凹坑深度与冲击次数呈线性关系且斜率与金属材料的屈服强度成反比。为了探究激光冲击光斑形貌对于金属材料损伤的影响,我们还对比了方斑和圆斑的冲击情况。     

高功率激光对光学介质薄膜破坏机理的研究进展

本文综述了高功率激光对光学介质薄膜破坏的几种机理,着重阐述了激光等离子体及其扩展时产生的冲击波对光学介质薄膜的破坏作用.     

激光等离子体对BK7玻璃的损伤的特征研究

实验研究了ns激光脉冲聚焦到BK7玻璃表面发生电离时玻璃的损伤形貌,并基于激光等离子体的特性对损伤特征进行了分析.研究发现:激光击穿产生的激光等离子体具有高温高压的特性以及较宽的光谱分布,这些特性对脆性BK7玻璃的损伤特性有决定性的影响.激光等离子体发射光谱的波长分布远远小于入射激光的波长,其电离效应大大增强,使玻璃材...     

高质量CVD金刚石自支撑膜的连续激光损伤研究

利用HJ - 4型连续CO2 激光对金刚石膜进行了激光损伤阈值的研究,损伤后的金刚石膜用SEM和Raman进行了表征。研究结果表明,高质量CVD自支撑金刚石膜具有较高的 激光损伤阈值,金刚石膜抗连续激光损伤阈值的范围是在1. 15 ×106 ～2. 26 ×106W / cm2。金刚石膜激光损伤主要是由于热震损伤,其机制属于热- 力耦合机制。     

纳秒激光诱导K9玻璃损伤形貌研究

实验研究了纳秒激光脉冲聚焦到K9玻璃内部时产生损伤的特点,并基于激光等离子体冲击波的作用原理进行了理论分析.表面损伤的特点:当激光能量较小时,在入射激光的玻璃前表面不会产生损伤.随着激光能量的增加,会逐渐出现点坑状破坏,坑的中心是一个连接体损伤的核心,围绕该点的是完全融蚀区和最外部的环状破坏区.体损伤的形貌特点是沿激光入射方向呈纺锤状,破坏区中心有一条等离子通道,四周是断裂区和折射率区.在玻璃前表面上高斯激光脉冲产生激光支持爆轰波的特点是中间部分温度最高、运动速度最快、作用压强最大,从内到外逐渐减小,所以破坏程度也逐渐减小,呈辐射状分布.而玻璃内部的体损伤特点是由激光等离子体膨胀产生的冲击波作用由里到外逐渐减小的规律所决定的.     

用于探测激光等离子体冲击波的光纤传感器

利用探测光束通过轴对称流场时的偏折效应,设计了一种光纤传感器,并用于探测激光对材料破坏过程中在空气中激发的等离子体冲击波,获得了探测位置处激光等离子体冲击波流场折射率随时间的变化率.该方法适用于轴对称流场的瞬态测试,具有宽带和非接触的特点.     

激光清洗轮胎模具表面橡胶层的机理与工艺研究

研究了运用脉冲激光清洗橡胶轮胎印字模具表面橡胶层的工艺参数与机理.结果表明,工艺参数适当时,脉冲激光能完全清洗模具表面而不损伤基体.激光清洗存在着清洗阈值和损伤阈值.在起始清洗阈值和完全清洗阈值之间,清洁率随着激光能量密度的升高而增大.在完全清洗阈值与损伤阈值之间,基体表面清洁率保持100%而且不受任何损伤.激光清洗橡胶的机理有二:一为激光产生的高温导致橡胶表层瞬间燃烧和气化;二为橡胶深层受热振动和激光脉冲的热冲击作用使铝片表面橡胶颗粒飞溅.     

激光功率密度对板料激光冲击成形性能的影响

为了研究激光功率密度对铝合金板激光冲击成形性能的影响,采用数值仿真的方法,选用不同激光功率密度对铝合金板进行激光冲击成形数值模拟,获得不同激光功率密度与冲击次数下的板料成形极限,并对不同激光功率密度冲击下板料的成形深度、厚度及应力分布进行了分析。结果表明,板料在中心处容易发生破裂;板料的成形极限与激光功率密度大小成反比,而与激光冲击次数成正比;通过合理选择激光功率密度和冲击次数可提高铝合金板的成形性能。     

激光冲击处理技术的应用研究

激光冲击处理(又称激光喷丸)技术是利用强脉冲激光导致的压力冲击波在金属材料表层产生应变硬化的一种新型表面强化技术。本文介绍激光冲击技术的发展简况,在约束模式下激光导致冲击波的基本理论模型,常用航空金属材料处理后力学性能的变化,分析了激光冲击处理技术在航空制造技术方面的应用,特别针对提高结构疲劳性能的需求,提出了激光冲击处理技术需要解决的工艺问题及其发展动向。     

单次激光冲击下板料变形的理论分析

金属板料的激光冲击成形(LSF)技术是利用高能激光诱导的高幅冲击波的力效应，而非热效应。它是在激光冲击强化基础上拓展出的又一崭新的研究领域。根据爆轰波和爆炸气体动力学理论，建立了板料激光冲击成形中，激光-能量转换体-靶材系统的冲击波压力的物理模型和理论估算式。通过对激光冲击波载荷作用下板料变形过程的理论分析，建立激光冲击板料变形的数学模型，得到板料变形量与加工系统中各种参数之间的相互关系，为加工过程中各种参数的合理优化，板料变形过程的有效控制，实现大面积金属板料的激光冲击成形提供了理论依据。