基于MATLAB的CO2 激光光斑质量鉴别技术

针对光栅调谐TEA CO2激光器，为了得到良好的光斑质量，利用红外热像仪、图像采集卡、直驱交流伺服电机和计算机建立了一套光斑鉴别系统，并通过实验成功地实现了对CO2激光光斑质量的鉴别。     

大功率TEA CO2 激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。     

大功率扩散冷却型Slab CO2激光器光束质量的研究

本文对国际上最新的大功率扩散冷却型Slab CO2激光器的光束质量进行了全面的测量与实验研究.从原始激光束的光束质量、通过导光系统后激光束质量、聚焦光斑的质量以及焦点漂移四个方面全面考察了Slab CO2激光器的光束质量以及光束的传输、聚焦特性.结果表明,Slab CO2激光器具有高光束质量,其M2因子非常接近1的理想值;激光束具有良好的传输和聚焦性能,可以长距离传输;使用焦距为300mm的聚焦镜聚焦,聚焦光斑的束腰半径约为134μm,光束横截面能量分布接近理想的高斯分布,焦深约为5mm,在加工范围内(3m),激光束的焦点漂移量大约为1mm.另外,采用Slab CO2激光器对厚度为10mm的低碳钢在不同的离焦位置进行激光深熔焊接实验,讨论了激光光束质量和焦深对焊接结果的影响.     

非制冷焦平面热像仪获取脉冲CO2 激光光斑研究

采用漫射红外成像法对脉冲CO2 激光光斑进行了测量,分析了电扫描体制非制冷红外焦平面热像仪获取窄脉冲CO2 激光光班的机理,解释了出现半光班现象的原因;并采用同步发射激光技术,保证了单次激光脉冲的完整、稳定捕获,得到了脉冲CO2 激光相对光强分布及相关光束质量参数。     

光栅调谐TEA CO_2激光器谐振腔自动调整系统

为高能量高重复频率光栅调谐TEA CO2激光器设计了一种谐振腔自动调整系统,实现了计算机自动控制下的光斑采集、光斑图像分析和光栅位置调整.介绍了系统构建与开发该系统软件中的关键技术.通过对脉冲光斑图像采集机理的研究,给出了一种由计算机在图像采集过程中同步触发激光器的方法,从而只采集一场数据即能稳定地捕获到完整、清晰的单脉冲CO2激光光斑图像,采集时间小于100ms.     

非制冷焦平面热像仪获取脉冲CO2 激光光斑研究

采用漫射红外成像法对脉冲CO2激光光斑进行了测量，分析了电扫描体制非制冷红外焦平面热像仪获取窄脉冲CO2激光光班的机理，解释了出现半光班现象的原因；并采用同步发射激光技术，保证了单次激光脉冲的完整、稳定捕获，得到了脉冲CO2激光相对光强分布及相关光束质量参数。     

CO2激光器功率分布的实验测量及数值模拟

为了获得大功率CO2激光功率分布的解析表达式,采用热敏纸测量大功率CO2激光器在不同功率和高度时的激光功率分布,用MATLAB软件对实验光斑进行图像处理,建立了数学模型模拟激光功率分布,并与采集光斑进行了比较。通过激光热处理实验及温度场计算验证激光功率分布模型,取得的实验结果和理论计算相符合。结果表明,采用热敏纸测量大功率CO2激光功率分布的方法是可行的。得到的功率分布的解析表达式可作为理论计算的条件,具有一定意义。     

脉冲CO_2激光对K9玻璃损伤机理的仿真计算与研究

ANSYS是计算机辅助工程领域应用最广泛的有限元分析软件,通过脉冲CO2激光损伤K9玻璃有限元模型的建立和网格划分、脉冲激光的加载、设置初始条件和边界条件等几个方面,分析了基于ANSYS仿真脉冲CO2激光损伤K9玻璃过程中的一些关键问题.建立了脉冲CO2激光损伤K9玻璃的有限元模型,对K9玻璃受到脉冲CO2激光辐照时的温度和应力分布进行了数值分析.计算结果表明:在激光能量较小情况下K9玻璃的损伤为热应力损伤,损伤主要由环向拉伸应力所控制,存在体损伤和面损伤两种形式,激光脉宽和光斑半径对损伤效果有较大影响,脉宽越小,产生的热应力越大,损伤效果越好;激光光斑半径越大,产生的热应力越小,损伤效果越差.     

电激励连续波DF（v）传能CO2激光器

采用激发态DF(v)传能给CO2(0000)的方式,在双波段激光实验平台中的CO2增益模块上实现了10P20(944.27cm-1)、10P12(955.26cm-1)CO2激光输出。从流量控制、燃料注入方式、最佳光轴位置、功率稳定性和激光光斑五个方面开展研究,获得了DF-CO2激光最大输出功率为2.3W,激光器运转腔压为2kPa左右。     

采用热电探测器对CO_2激光快速探测的新方法

针对大功率CO2 激光光束光斑质量诊断仪对大功率激光截面强度分布测量的要求 ,设计了一种新的光热电转换电路 ,得到了高增益的快速光热电转换 ,响应时间比常规方法短一个量级。满足了对大功率激光功率分布的检测。此光热电转换电路适于采用热释电探测器快速响应的应用     

激光深熔焊接阈值表征及特性

采用CO2和Nd∶YAG激光器焊接A3钢,结合高速摄像和光谱分析,研究激光深熔焊接阈值的表征及特性。结果表明,以激光功率与光斑直径之比作为深熔焊接阈值的表征参量,深熔焊接阈值与光斑大小无关;而临界功率密度随光斑尺寸不同而变化。YAG激光焊接模式转变阈值明显大于材料蒸发的阈值,在模式转变前的热导焊接阶段,金属材料已出现显著蒸发,而焊接模式转变后,蒸气羽辉的光谱保持不变。CO2激光焊接模式转变前,金属仅发生微弱的蒸发。深熔焊接时,蒸发显著加强,且蒸气部分电离。分析表明,CO2激光焊接时,蒸气电离形成等离子体,增加金属对激光的吸收,促进深熔焊接过程的建立。     

CO2激光光斑的简单跟踪显示方法

CO2激光器发射波长为10．6μm的不可见光，因此使用很不方便。本文提出利用He—Ne激光采跟踪显示CO2激光光斑的简单方法，以适应多种应用。     

探测器阵列法测量激光光斑参数关键技术分析

根据仅由衍射效应决定的远场激光光斑的分布函数,并以10.6μm CO2激光测量为例,分析了探测器点阵法测量远场激光大光斑的技术要求,包括能量密度、阵列尺寸、探测器间隔、响应频率几方面的要求.并分析了激光探测器器件的类型,给出探测器阵列单元探测器以及系统测量精度的标校方法.     

列阵射频CO2激光器研制

本文介绍一种三列阵射频CO2激光器。采用藕合隙技术,获得相干光输出功率35W,效率约10%。测试了光斑远近场分布。     

脉冲CO2激光损伤K9玻璃的实验与仿真

对脉冲CO2激光损伤K9玻璃进行了实验与仿真研究.采用输出脉宽为10μs的脉冲CO2激光器对K9玻璃样品进行激光损伤实验,并且建立了脉冲CO2激光损伤K9玻璃的理论模型,利用有限元法对K9玻璃样品中的温度和应力分布进行数值分析.研究表明,K9玻璃的损伤阈值为6.533 J/cm2;入射激光能量密度越高,样品的损伤程度就越大,并且多脉冲对样品的损伤程度明显大于单脉冲;在激光能量较强的情况下,K9玻璃表面在光斑区域内形成熔融损伤和由压缩应力造成的应力损伤,在光斑区域外围则形成由环向拉伸应力造成的应力损伤,仿真分析结果与实验结果吻合良好.     

采用热电探测器对CO2激光快速探测的新方法

针对大功率CO2激光光束光斑质量诊断仪对大功率激光截面强度分布测量的要求,设计了一种新的光热电转换电路,得到了高增益的快速光热电转,响应时间比常规方法短一个量级,满足了对大功率激光功率分布的检测,此光热电转换电路适于采用热释电探测器快速响应的应用。     

射频CO2激光陶瓷基板划片机

介绍了RF CO2激光器及陶瓷基板划片的特点。分析了RF CO2激光陶瓷基板划片的机理；给出了整机总体设计方案。对导光系统的激光束进行了模拟，给出了导光系统的光路图及聚焦镜焦平面处的光斑尺寸及能量分布图。整机性能指标达到国外进口机的水平。     

激光扫描弧形柱面聚焦系统的研究

为了解决在柱面等曲面上激光打孔的问题和提高打孔成型效果,提出了一种扫描弧形柱面聚焦方案,系统将CO2激光器发射的脉冲激光调制后,入射到柱面聚焦镜压缩为线性光斑,之后经由旋转反射棱镜实现激光扫描,线性扫描光斑在经过弧形柱面聚焦镜后在曲面上聚焦为圆形光斑,实现了对光束的整形和曲面打孔。结果表明实现了在曲面上0.15mm大小的光斑,满足了包括烟支在内的工业生产需求,与传统的平面聚焦打孔方式相比本方案有更大的应用空间。     

高功率脉冲激光器抗失调谐振腔的研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光器特别是高功率脉冲激光器的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,采用直角内外圆锥面组合反射镜作为全反镜,平行平面镜作为输出镜组成新型激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了新型激光谐振腔的单脉冲输出能量和直角内外圆锥面组合反射镜失调角的关系以及新型腔激光器在全反镜失调时输出光斑的改变,并和平凹稳定腔脉冲CO2激光器进行了比较。实验结果表明,若两种激光器的全反镜失调角相同,组合锥面全反镜谐振腔激光器的单脉冲输出能量降低的程度不到平凹腔激光器的50%。在组合锥面全反镜失调角达到6′时,新型激光谐振腔激光器输出光斑形状没有明显变化。新型激光谐振腔的抗失调稳定性远超过平凹稳定腔。     

多棱镜激光扫描非球面透镜聚焦系统研究

为了提高激光打孔生产质量和降低生产成本,提出了一种多棱镜旋转扫描非球面透镜聚焦在线打孔方案。系统将CO2激光器发出的连续光束经光调制器入射在多棱镜的其中一个表面上,光束经过反射依次扫入聚焦透镜组中。由于轴外像差和扫描速度失真会引起聚焦光斑的线性畸变,从而导致打孔形状的变化,通过选取非球面透镜对光束整形,在聚焦同时调整聚焦光斑的形状以控制打孔的形状。结果表明,在扫描系统中线性误差可控制在0.5%内,打孔大小形状满足生产要求,与传统激光打孔方式相比,提高了打孔的质量与效率。