飞秒激光烧蚀面齿轮材料的齿面表层形态研究

针对面齿轮材料18Cr2Ni4WA,研究飞秒激光辐照面齿轮材料的热力效应,建立飞秒激光烧蚀面齿轮温度-应力耦合模型,分析多脉冲时不同能量密度下电子温度、晶格温度以及热应力的变化过程。结果表明：电子温度、晶格温度以及热应力随激光能量密度的增大而增大。实验和仿真的对比结果说明,烧蚀齿面表层为残余压应力,烧蚀深度和凹坑直径随激光能量密度的增加而增大,较大的激光能量密度会产生较多的熔融物,降低飞秒激光加工质量,当能量密度为1.78 J/cm2时,齿面表层形态较好。本文为提高飞秒激光精微烧蚀面齿轮质量提供了研究基础。     

基于三维双温模型的飞秒激光烧蚀面齿轮材料形貌研究

在传统双温模型基础上,建立考虑变离焦量效应和随电子温度变化的动态吸收率效应的三维双温模型。分析烧蚀过程中电子、晶格温度的变化情况和烧蚀凹坑的形貌。对面齿轮材料18Cr2Ni4WA进行飞秒激光烧蚀实验结果表明：随着单脉冲飞秒激光能量密度的增大,电子的峰值温度升高,烧蚀凹坑的深度和直径增大;单脉冲飞秒激光的脉宽对烧蚀形貌的影响并不显著;烧蚀凹坑的直径和深度不会随脉冲数目一直增大,脉冲数目存在阈值,超过该阈值对于烧蚀凹坑的形貌影响反而不利。     

飞秒激光辐照对GaAs太阳能电池损伤的试验研究

开展了飞秒激光对GaAs太阳能电池表面辐照损伤的试验研究。研究结果表明,在能量密度0.27J/cm2时,飞秒激光对GaAs太阳能电池表面开始造成损伤,其损伤程度随着激光能量密度的增加而增加;在相同激光能量密度的条件下,其损伤程度随着扫描速度的增加而减小。采用光学显微镜对其表面损伤形貌进行分析发现,其烧蚀面积随着激光能量密度的增大而不断增大,这是因为飞秒激光的光斑能量成高斯型分布。根据烧蚀区域光斑直径与脉冲能量的关系,对GaAs太阳能电池表层TiO2/SiO2薄膜的损伤阈值进行了理论计算,其阈值为0.35J/cm2大于实验测试结果0.27J/cm2。这可能是由于理论计算中对激光光斑模式的简化以及材料特性均化处理等不确定度因素影响的结果。     

飞秒激光烧蚀血管支架材料的数值模拟

为了研究飞秒脉冲激光烧蚀血管支架材料的特性,利用考虑了电子之间热传导项的双温模型,采用有限差分法,对飞秒激光烧蚀NiTi合金的温度场分布进行数值模拟,计算得到了电子温度和晶格温度随时间和烧蚀深度的变化规律,进一步讨论了不同激光能量密度、不同激光脉宽、不同延迟时间对电子和晶格的温度场影响。发现血管支架材料在飞秒激光的作用下,先是电子吸收能量温度快速升高,再通过电声耦合作用将能量传递给晶格,最后两者的温度达到一个平衡状态;激光能量密度主要影响电子的峰值温度和电子与晶格的平衡温度;脉冲宽度主要影响电子的峰值温度和达到峰值温度所用的时间;电子温度随着延迟时间的增加先升高后降低,晶格温度随着延迟时间的增加不断上升。这些理论分析对实际飞秒激光加工血管支架有重要的指导意义。     

用光声信号飞越时间法对纯铜脉冲激光烧蚀的研究

利用脉冲激光束轰击金属样品表面时在周围空气中激发的光声信号研究了纯铜的激光烧蚀。实验中,用He-Ne探测光束偏转方法检测光声信号,并根据光声信号飞越时间随激光能量密度的变化测定了纯铜的脉冲激光烧蚀阈值。文中还给出了一种理论估计脉冲激光烧蚀阈值的较为实用的方法。纯铜的脉冲激光烧蚀阈值的实测值约为3.0 J/cm2,理论估计值为3.2 J/cm2。两者符合较好。结果表明,光声信号方法是测定纯铜的脉冲激光烧蚀阈值的一种简单可行的方法。     

纳秒脉冲激光对316L不锈钢微抛光效果的影响

激光微抛光过程中,激光的能量密度对微抛光效果的影响很大.采用纳秒紫外脉冲激光(波长为355 nm,脉冲宽度为35 ns)对316L不锈钢材料进行微抛光实验研究,分析了工件表面的形貌、扫描速度和离焦距离等因素对激光微抛光效果的影响.通过对4种不同表面形貌的抛光效果比较,发现不仅表面粗糙度会影响抛光质量,而且表面的形貌也对激光微抛光的效果有很大影响;激光微抛光时对确定的激光能量密度存在最佳微抛光效果的扫描速度和离焦距离.提出了355 nm紫外纳秒脉冲激光器对316L不锈钢微抛光效果的最佳工艺参数:激光能量密度为0.14 J/cm2,激光脉冲重复频率为20 Hz,扫描速度为18.6 mm/min,离焦距离为81.2μm.在此工艺参数下,316L不锈钢经过微抛光之后,表面粗糙度由123.23 nm降低至80.96 nm.     

准分子激光刻蚀聚碳酸酯材料研究

准分子激光刻蚀聚合物一般认为是由于聚合物材料吸收光子能量而升温,同时分子链上的 化学键也会因吸收光子能量而断裂。本文在讨论分析了准分子激光烧蚀聚合物机理的基础上,通过对不同能量密度情况下得到的不同烧蚀深度的实验结果进行分析计算,得出聚碳酸酯(PC)材料对波长248nm激光的吸收系数为4.17×104cm-1,能量阈值为49.8 mJ/cm2。     

光斑直径对含能材料激光点火性能的影响

用光电探测法研究了激光光斑直径对含能材料激光点火特性的影响.试验结果表明,在相同的激光能量下,光斑直径大,能量密度小;光斑直径小,能量密度高.过小的激光束会引起样品表面产生烧蚀和气化,带走部分激光能量,对点火过程不利,体现在点火延迟期变长了.同样,过大的激光束能量密度太小,不足以点燃含能材料.因此,选择合适的激光束直径对研究含能材料的激光点火特性很重要.     

皮秒脉冲激光辐照时半导体的能量转换特性

在皮秒脉冲激光辐照时，半导体材料表面的能量转换过程中，重点讨论能量从电子-空穴等离子体到晶格的转换过程。指出能量转换特性的最重要的弛豫过程是电子-声子相互作用，决定了由电子载流子系统到晶格的能量转换。实验表明电子和声子的能量交换时间小于10ps。硅表面反射率与Nd：YAG锁模激光器能量密度的关系曲线表明，当能量密度在0．5～0．83J／cm2之间，硅表面反射率为最大值，并且在低能量密度时，反射率的上升与材料相变到液态的程度在定量上是一致的。     

激光选区熔化成形316L/IN718混合粉末工艺研究

为获得高致密度的316L/IN718混合金属粉末零件,基于激光选区熔化(SLM)技术,分别选取不同的激光扫描速度和扫描间距,通过单熔道实验、单层实验以及块体实验探究了316L/IN718混合金属粉末的成形工艺。实验结果表明：单熔道实验当0.54 J/mm≤激光线能量密度(L)≤0.76 J/mm时,熔道成形效果较好。当激光功率P=200 W、扫描速度v=280 mm/s、扫描间距=0.12 mm时,可获得致密度为99.99%的块体,拟合得到激光体能量密度-相对致密度关系,该工艺研究具有应用和推广价值,为实现成形梯度功能材料提供了重要的实验数据和技术支撑。