准分子激光光束时空积分法能量均匀化的研究

准分子激光在微机械加工、医学、光通讯中具有重要应用。但由于准分子激光固有的特性，其光束能量具有不均匀性，从而准分子激光的应用受到极大制约。本文介绍了一种时空积分均束器系统的设计，并在计算机上模拟分析，得到激光输出光斑（靶面）的中心的能量与边缘的能量相差小于1％的均匀性效果。     

准分子激光均束系统的研究

针对准分子激光的特点,利用透镜阵设计了一种准分子激光均束系统.其能量均匀度误差优于±5%,满足了准分子激光掩模投影加工和激光辐照的光束质量要求.     

激光照明系统匀光技术的研究

为了实现半导体激光照明光斑均匀化,设计了新型的激光照明系统。分析现有匀化技术,研究了激光照明系统照明光斑的均匀性及匀化光斑技术。利用无刷马达传带光束整形散射器高于CCD(COMS)像机快门的频率旋转,使多支半导体激光光束在一个积分时间内叠加,获得均匀照明。新型的激光照明系统能够简单有效地消除激光干涉条纹和激光散斑,实现均匀照明的目的。实验结果表明:新型激光照明系统在有效照明区域内能量效率为91%,照度均匀性到达95%。新型激光照明系统提高了能量效率及激光光斑的均匀性。     

激光能量波动对扫描法尺寸测量精度的影响

在激光扫描法尺寸测量系统中，激光能量必须保持稳定。但是，在实际使用中，激光器输出能量会产生波动，导致系统检测精度下降甚至不准确。本文详细分析了能量波动对激光扫描法尺寸测量精度的影响，并给出了激光器输出能量自动测量电路及测量方法，以及能量波动的电补偿方法。该方法在激光外径在线检测仪中得到了很好的应用，实践证明有效、可行。     

热经济孤立化的一种新方法

应用热经济孤立化的思想，提出了链式能量系统热经济孤立化优化的方法，并证明了该方法的收敛性，对一非线性链式能量系统，验证了该系统的有效性，从而使热经济孤立化在链式系统具有实用性，为热经济孤立化在其它系统的应用奠定了基础。     

激光器的光束特性在材料加工中的作用

激光器的光束质量、功率、光的波长以及偏振状态是影响激光加工的几个主要参数。本文论述了材料加工对激光光束质量的要求以及光束质量的评定标准，分析了光束质量、直径与波长对光的传输、聚焦与加工性能的影响，归纳了不同功率密度时激光能量的吸收机制以及波长的影响，讨论了激光的偏振及其应用。     

用于PPLN泵浦源的大能量百纳秒级脉冲固体激光器

为获得大能量、百纳秒脉宽的1 064 nm激光稳定输出，首先理论分析了激光的泵浦能量和谐振腔长度对输出脉宽的影响，然后对Nd∶YAG固体激光器进行设计，采用折叠谐振腔、振荡-放大结构和电光调Q技术相结合。实验结果表明：当重复频率为1 Hz、泵浦电压在1 200～1 400 V变化时，实现了脉宽范围为152.6～95.71 ns的稳定1 064 nm激光输出，最大单脉冲能量可达171 mJ;以激光器的输出激光作为基频光，设计了柱透镜组光束耦合系统，将基频光光斑整形为椭圆形状，实现了基频光的高效耦合和周期极化LiNbO₃(PPLN)光参量振荡器的稳定运行；采用耦合后的光束泵浦MgO∶PPLN晶体，获得了1.47μm近红外信号光的稳定输出。     

大功率激光三维制造技术

北京工业大学研发的“大功率激光三维制造技术”通过了专家鉴定。专家认为，该项研究成果达到了国际领先水平。该成果包括： 　　1.在国际上首次提出基于附加相移的大功率 CO2混合模激光光束传输与聚焦理论，可计算大功率 CO2激光光束横截面能量分布的变化、光束的光学参数、焦点偏移等参数，并可根据激光光束质量参数确定三维激光加工的范围，为大功率激光三维加工飞行光学系统的应用条件提供了理论根据。 　　2.在国际上首次建立了将激光光束参数、激光聚焦参数、材料参数、加工工艺参数综合的大功率激光三维焊接和切割数量模型，形成了…     

激光光船聚焦性能研究

激光推进是一种由远距离传输的地基定向能提供推进能量的新概念。它具有高比冲、高推重比、低成本等显著特点，是一种急待研究且应用前景广阔的新型推进技术。如何解决光船飞行中，激光束偏离光船主轴而不能正常聚焦问题是激光推进中重要问题之一。主要针对抛物形光船，编写了光线追踪法(ray tracing method，RTM)的计算程序；研究了入射激光的光轴与光船主轴偏离时，反射光束的聚焦性能；得出了焦平面上激光束的能流分布、激光点火线、点火区形状和大小。这将作为激光推进过程流体动力学数值模拟和光船飞行轨迹研究的一个重要依据。     

高功率激光电池输出特性仿真分析

激光无线能量传输能够为各类平台提供能量补给,维持设备运行.激光电池是激光无线传能系统中的核心组件,为了研究大功率GaAs激光电池的输出特性,设计了大功率激光电池,并仿真分析了不同激光功率密度、温度等对激光电池电压、电流和转换效率的关系.实验和仿真结果都表明激光电池在100 mW/cm2激光功率密度下,激光电池转换效率最高可达46.6％.并对高功率激光光束进行了匀化设计,仿真计算结果表明激光光束工作面最高功率密度可达3000 mW/cm2,不均匀度小于9.1％.研究首次采用单片式结构实现大功率光电转换,研究结果为大功率激光电池工程化研制奠定基础.     

激光能量对掺铒纳米Si晶薄膜形貌的影响

采用XeCl脉冲准分子激光器,保持激光脉冲比为1:2,分时烧蚀Er靶和高阻抗单晶Si靶。改变激光能量,在真空中沉积了掺Er非晶Si薄膜。在氮气保护下,分别在950℃,1010℃和1100℃温度下进行30min热退火处理,得到掺Er纳米晶Si薄膜。扫描电子显微镜的结果表明,高的退火温度或高的激光能量均会导致迷津结构的形成。     

LD端面泵浦Nd：YAG晶体内部纵向增益分布模拟

本文通过使用Matlab软件建立数学模型,模拟了二极管端面泵浦Nd：YAG晶体内的泵浦光增益分布情况。通过分析泵浦光聚焦焦点在晶体位置发生变化时的晶体内增益分布情况,发现随着聚焦位置深入晶体内部,泵浦光能量在晶体内的分布均匀程度先逐渐提高,随后降低,当聚焦位置为1mm时泵浦光能量在晶体内分布的均匀性最佳。通过模拟分析,可以进一步解影响泵浦光在晶体增益分布均匀性的因素,为激光器泵浦系统设计提供理论指导。     

基于DOE的标识光场整形系统设计

使用二元光学元件进行远距离、大光场的整形,成像均匀度低、成像光场的尺寸也不易控制。依照衍射光学元件整形原理,提出了一种将双镜组预整形系统和衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)整形器相结合的DOE标识光场整形系统方案,并提出了一种优化的二次平滑修正算法以适用于远距离大光场的DOE设计。可用于远距离大光场的激光主动照明或者信号标识。实际工程指标设定为在1m距离上,对波长为532nm,直径2mm的激光进行整形,得到360mm×288mm的矩形光场,保证其均匀度大于97%,能量转换率大于90%。Virtual Lab仿真结果表明,理论上系统的均匀度可达98.91%,能量转换率可达91.69%,成品测试结果表明,该系统实测整形光场均匀度为97.33%,能量转换率为90.92%。仿真和测试结果表明,设计符合预期的工程要求,证实了设计选型和算法优化的正确性。     

准分子激光淀积氧化物薄膜

自1987年贝尔实验室首次用脉冲准分子激光制备出高温超导薄膜以来,脉冲激光淀积技术已得到了蓬勃发展,现在已成为最好的薄膜制备技术之一。本文简要介绍了准分子激光的原理、PLD的原理以及用准分子激光脉冲淀积氧化物薄膜的工艺及其所表现的诸多优势。     

准分子激光加工陶瓷表面形貌的分形特性

根据用Talysurf表面轮廓仪测量准分子激光加工Al2O3陶瓷表面轮廓的数据，用结构函数分析了准分子激光加工陶瓷表面，采用功率谱法计算了准分子激光加工陶瓷表面轮廓的分形维数，并把计算所得的分形维数与其轮廓高度的算术平均值和均方根值进行了比较，得出它们之间为非线关系，并拟合出它们的关系式。     

准分子激光修饰Al2O3陶瓷表面的微摩擦特性研究

利用准分子激光修饰微构件常用的Al2O3陶瓷试件,通过改变准分子激光加工工艺参数获得不同的微观表面,并用自行研制的微摩擦测试仪进行微摩擦实验研究.结果表明,在相同条件下摩擦系数随着载荷的增大而减小,随着速度的增大而增大.而准分子激光修饰表面比原始表面的摩擦系数要小,说明利用准分子激光表面修饰可以达到减小摩擦的目的.此外,研究了准分子激光工艺参数与修饰表面摩擦性能的相关性,结果表明,摩擦系数随着放大器电压的变化趋于稳定、随着激光脉冲频率的增大而有增大的趋势、随着激光扫描速度和激光扫描遍数的增大呈现减小趋势.     

Al_2O_3陶瓷激光打孔重铸层的研究

重铸层及重铸层中产生的微裂纹是影响陶瓷激光打孔质量的主要原因 ,本文采用 YAG激光器对 Al2 O3打孔 ,研究了脉冲频率、平均功率对重铸层的影响 ,并采用准分子激光器进行打孔的对比试验 ,讨论了准分子打孔时 ,消除重铸层及重铸层裂纹的机理 .     

准分子激光加工与研磨加工Al2O3陶瓷表面形貌的比较

采用了准分子激光和研磨两种不同的加工方法,在微构件常用的Al2O3陶瓷材料表面构建表面微观形貌.通过表面轮廓仪测量加工试件表面形貌,采用自行研制的表面形貌参数表征系统进行表面形貌统计参数计算.分析不同加工方法对同一种材料表面形貌的影响,采用表面形貌统计参数中的轮廓高度算术平均值Ra、轮廓高度均方根值Rq、坡度均方根值.Zq对表面形貌进行评价.结果表明,准分子激光加工表面的Ra、Rq和.Zq值均比研磨加工表面小.分析可得,准分子激光加工与传统研磨加工方法相比,能够获得较高要求的表面形貌,为微机械的设计提供重要参考依据.