发动机气缸表面规则微观形貌的激光加工研究

摩擦副表面存在着与其润滑性能要求优化匹配的微观几何形貌。本文以发动机的气缸/活塞环为具体研究对象,基于气缸的摩擦磨损特征和润滑理论,对其表面的微观几何形貌进行了初步设计。采用半导体泵浦YAG固体激光器,在硼铸铁试样上进行了激光微造型加工工艺试验,系统研究了激光波长、激光功率、脉冲宽度、重复频率、扫描速度、重叠系数及辅助气体等,对金属材料激光微加工质量和效率的影响规律。并首次提出了“单脉冲同点间隔多次”激光微加工新工艺。最后,采用优化的激光参数组合,成功地在实际缸套内表面,加工出所设计的高质量表面微观几何形貌。     

同点间隔多次激光微织构工艺研究

探讨了单脉冲同点间隔多次(SPI)工艺对激光微织构加工效果的影响。采用纳秒倍频Nd3+∶YAG激光器在45钢表面进行激光微织构实验,研究激光能量密度、脉冲个数对微凹腔几何形貌参数的影响规律;分析烧蚀所致表面等离子体对激光吸收率的影响;并从实验和温度场模拟角度,对比分析了SPI工艺相比同点连续多次工艺的特点及技术优势。结果表明:随激光能量密度增加,微凹腔直径呈对数函数关系增加,而凹腔深度则随之先增大后趋于平稳,最后略微下降。作用脉冲个数对凹腔直径影响不明显,但凹腔深度随之呈线性增加。较之同点连续多次工艺,SPI工艺能最大限度降低激光加工产生的负面热效应,且多脉冲作用对微织构内部形貌具有"平滑"作用;同时,在保证单个脉冲材料去除率的条件下,提高了激光加工高质量微织构的总效率。     

单脉冲平面缝隙阵列天线设计和误差分析

文中介绍由波导宽边纵向缝隙构成的单脉冲平面阵列的设计方法,给出具体阵列天线的设计结果。以14×14元平面阵列为例,分析单脉冲阵列天线主要组成部分的误差对天线性能的影响。计算分析了缝隙位置与长度的加工数据的误差,馈电(和差器)的幅度、相位误差,馈电缝阵的误差,以及工作频率等对方向图的影响。文中计算和分析结果与实验结果吻和较好,误差分析结果可作为该类天线对加工公差要求和实验分析的依据。     

高频率皮秒激光微加工石英衬底铝膜效率

采用重复频率100 kHz下,输出功率为3.7 W的532 nm Nd:YAG皮秒激光器对石英衬底微米量级的铝膜进行了烧蚀,研究了脉宽为10 ps的激光单脉冲能量密度对烧蚀效率、光斑耦合率对烧蚀图形以及重复加工次数对加工精度的影响。单脉冲激光烧蚀实验证实,皮秒激光烧蚀铝膜可分为高能量密度烧蚀与低能量密度烧蚀两个区域。光斑耦合率对烧蚀深度影响较大,不易从理论角度控制烧蚀效率。为提高加工精度与验证求解烧蚀率的准确性,提出重复多次加工的方法。对比了高斯线性法与高斯线性修正法的求解烧蚀率的结果,证明了高斯线性修正法在扫描激光精细加工方面的优越性。利用高斯线性修正法求得的烧蚀效率,模拟了激光在不同光斑耦合率下烧蚀微槽的三维轮廓图。     

一种CO2激光快速加工玻璃微透镜的方法

提出了一种新的制造微透镜的制作方法。该方法基于CO2激光与玻璃材料的热透镜效应, 在玻璃基片上制作微透镜阵列, 是一种低成本、高效率的制备玻璃微透镜阵列的方法。采用CO2激光照射在模板上, 模板上通光部分为圆孔阵列, 利用金属孔阵模板进行选择性投影扫描加工, 通过实验数据分析, 合理的控制离焦距离, 激光功率和辐照时间,可以制造微透镜阵列。最后用共聚焦显微镜及光纤探针扫描仪对微透镜的轮廓及聚焦光斑进行了检测, 样品的轮廓曲线较为平滑、对称, 且具有较好的聚光能力, 证实了该方法的可行性与可靠性。     

基于超快激光的聚四氟乙烯二维光子晶体制备工艺研究

聚四氟乙烯由于具备低介电常数、对0.7～2.5 THz的光传输损耗低等特性，在光子晶体基底材料领域具有广阔的应用前景和巨大的潜在价值。采用飞秒激光器对聚四氟乙烯薄板进行制备二维光子晶体的工艺研究，其中激光器脉宽为388 fs，重复频率为100 kHz。通过对激光烧蚀试验结果拟合，得到聚四氟乙烯薄板在1040 nm波长下的单脉冲损伤阈值为840 mJ/cm²。此外，分析了不同激光参数对二维光子晶体制备工艺结果的影响，发现激光在多脉冲叩击法路径下获得的单层微孔加工质量最好。进一步研究了激光加工功率、扫描速度和扫描次数对圆柱形周期性结构的影响规律，结果表明，在激光加工功率为9 W、扫描速度为100 mm/s、扫描次数为9时能获得结构均匀的微孔阵列。本试验对采用超快激光加工制备聚四氟乙烯二维光子晶体有一定的参考价值。     

基于光学介电微球阵列的激光微纳图案化加工研究

介绍了一种通过单层光学介电微球阵列对激光进行调制进而对微球表面的金膜进行加工的工艺方法，采用该方法可以高速地对大面积微球阵列上的金膜进行微米量级分辨率的图案化加工。针对介电微球阵列通过光学近场实现突破衍射极限的聚光进行了分析，然后采用软件模拟了微球对光场的调控，讨论了微球直径以及激光波长对加工精度的影响。通过改变工艺参数，分别研究了激光波长、介电微球直径、离子溅射镀膜厚度及激光照射的能量密度对加工出的金微纳结构的影响，得到了最佳的加工工艺参数。在此最佳工艺条件下能加工出直径约为100 nm的金膜单孔洞结构。通过改变激光的入射角度，研究了适合图案化加工的步进和线宽，最终加工出了线宽为280 nm的简单图案。     

飞秒激光双光子制造生物微器件微支架

介绍了飞秒激光双光子吸收和光聚合的机制,将飞秒激光技术应用于生物相容性材料(ORMOCER)的三维微纳米加工中.在ORMOCER材料内实现了双光子光聚合,最高加工精度达到0.5 μm,突破了衍射极限.推导出双光子光聚合阈值的数学表达式,研究了扫描速度V和激光功率P对横向尺寸的影响规律.在此基础上采用飞秒激光双光子微细加工技术制备了典型的微生物器件--微井阵列、微柱阵列和光子晶体生物微型支架.     

激光微造型球墨铸铁表面的摩擦学特性

采用激光喷丸在球墨铸铁QT600表面加工出具有不同凹坑中心距的微凹坑造型阵列,研究了激光微造型对其表面摩擦磨损性能的影响。仪器测试结果表明,相比于未造型试样,激光喷丸在球墨铸铁表面引入有益的残余压应力,磨损量明显降低,干摩擦条件下降幅达7.9%。微造型试样在干摩擦条件下的表面摩擦系数明显提高,增幅最大可达12.9%,而湿摩擦条件下则明显降低,降幅最高可达11.8%;同时微造型试样表面磨损程度明显轻于未造型试样表面,氧化物也明显减少。     

非矩形相控阵的抗主瓣干扰与单脉冲测角技术北大核心CSCD

在传统的数字波束形成雷达系统中,为了抑制主瓣干扰,并保持对目标单脉冲角度估计的精度,需要同时形成四个波束。对于大型的雷达天线阵列,数字波束形成通常在子阵上完成。但是对于非矩形天线阵结构,传统的自适应波束形成架构不再适用,单脉冲角度估计的精度会大幅降低。文中针对非矩形平面阵列,提出一种新的自适应波束形成方法。首先,需要对四个接收波束的输出做线性补偿,该补偿因子可通过阵列流形精确计算获得;其次,进行自适应主瓣干扰对消处理;再进行二维数字单脉冲测角。文中在理论推导的基础上,结合相控阵雷达阵列实例给出仿真结果,验证了该方法的有效性。     

利用半导体激光选择性烧结的快速成型技术

提出了一种新的基于半导体激光的选择性激光烧结快速成型方法。由若干个单独驱动的高功率半导体激光器形成线阵,经过光学准直器,在工作面上形成若干激光短线,并连成与线阵长度相等的激光线束。扫描方式采用导轨Ｘ－Ｙ联动,不存在振镜扫描的“圆弧效应”,因而提高了质量。     

非梯度折射率型面阵平面微透镜

采用常规的光刻热熔法及灰度掩模技术,结合离子束蚀刻与溅射制作面阵非梯度折射率型平面折射和平面衍射微透镜,定性分析了不同的工艺条件下所得到的平面端面微光学折种和形貌特征。给出了在石英衬底表面通过光刻热熔工艺和氩离子束蚀刻所得到的两种球面及圆弧轮廓特征的面阵册形掩模的表面探针测试曲线,对平面微透镜阵列与IRCCD成像芯片和半导体激光器阵列的集成结构作了初步分析。     

基于半球空间光纤阵列的双向反射分布测量

提出了一种基于半球空间光纤阵列的双向反射分布函数(BRDF)测量方法与系统.将多根光纤组成的阵列均匀分布于一半球面上,使球心处物体表面反射的光在三维空间中的角分布转换为同一平面上的二维图像,经CCD采集及相应的数据处理,可实现对物体表面双向反射分布函数的快速测量.同时,利用光纤将照射激光束传输到物体表面待测点,并通过光纤的弯曲角度可改变光束的入射角.利用该测量系统对不同材质、不同加工工艺的物体表面的激光反射分布进行了初步的测量和分析.结果表明,相比传统的扫描式测量系统,该测量系统在提高测量速度的同时,避免了由于光源功率的起伏和探测器响应度的涨落所引起的测量误差,且结构简单,使用方便.     

无压力辅助硅/玻璃激光局部键合

提出了一种新的无需外压力作用的硅/玻璃激光局部键合方法,通过对晶圆进行表面活化处理,选择合适的激光参数及加工环境,成功地实现了无压力辅助硅/玻璃激光键合.同时研究了该键合工艺参数如激光功率、激光扫描速度、底板材料等的影响.实验表明,激光功率越大,扫描速度越小,键合线的宽度就越大.实验结果显示,该方法能有效减少键合片的残余应力,控制键合线宽,并能得到较好的键合强度.该工艺可为MEMS器件的封装与制造提供简洁、快速、键合区可选择的新型键合方法.     

红外点元探测器扫描成像方法研究

针对传统红外面阵探测器成像存在分辨率低、视场范围窄、非均匀性的问题,提出一种基于红外点元探测器的扫描成像方法。该方法首先利用微型电机驱动扫描镜依次获取物体表面的红外热斑,经光学镜头聚焦到红外点元探测器,进行光电转换;然后经信号处理板采集、处理后生成红外灰度图像;最后利用多阈值分割的伪彩色映射模型,将灰度图像转换成伪彩色图像。实验结果表明:红外点元探测器扫描成像方法能够实现红外场景的大视场、高分辨率成像,且点元探测器加工制造简单,价格低廉,有效突破了传统大面阵成像的高昂成本限制,更加有利于红外成像技术的推广和应用。     

一种基于自由空间光互连的微粒度并行计算机体系结构模型

本文从自由空间光互连ＦＳＯＩ（ＦｒｅＳｐａｃｅＯｐｔｉｃａｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）和并行处理技术的现状出发,提出了一种采用ＦＳＯＩ的并行计算机模型,这一模型充分利用了ＦＳＯＩ的优点,具有较好的并行效率．     

激光扫描热成像无损检测关键参数影响分析

对一种新型红外热波无损检测技术激光扫描热成像无损检测技术进行了研究。在深入分析检测机理的基础上建立了激光扫描热成像有限元数值计算模型,选取缺陷处和非缺陷处表面最大温差作为特征量,对样品材料、缺陷大小、缺陷深度、激光扫描速度和激光扫描功率等关键参数对激光扫描热成像检测的影响规律进行了仿真和分析,为该新技术的进一步发展和应用提供了参考;采用数据拟合方法得出了各参数和表面最大温差关系,并以此为基础提出了激光扫描热成像技术检测参数控制策略,实际检测过程中,可据此针对样品缺陷特征快速准确设置检测参数,提高检测能力。     

舰载平面相控阵天线安装倾角的设计方法

利用舰载惯性导航系统提供的姿态信息,对处于静态和动态姿态下的舰载平面相控阵天线的波束指向变换进行了分析,得到了平面相控阵天线的扫描角。在此基础上,以相控阵天线最大扫描角度最小为目标,给出了天线随舰载安装平台处于运动姿态条件时的安装倾角的设计方法。该方法能够在给定的舰船纵摇和横摇范围内,针对相控阵天线需求的空域扫描覆盖范围,实现对任意多面旋转布阵的平面相控阵天线安装倾角的计算。由该方法计算得到的天线安装倾角能够使平面相控阵天线有最小的最大扫描角,从而提高相控阵天线的电气性能。     

基于面阵CCD的激光告警系统的图像采集与处理

光栅衍射型激光告警系统是一种基于光栅衍射效应、可实时探测来袭激光参量信息的光电对抗设备。为了获取入射激光的波长和入射角度,以光栅衍射效应为基本原理,采用面阵CCD进行图像采集、数字信号处理器进行图像处理,并依据信号特点开发了目标识别算法。通过理论分析和实验验证,设计出了一套基于面阵CCD的光栅衍射型激光告警系统的图像采集与处理系统,实现了对激光目标的探测。结果表明,该系统可有效地识别来袭激光并准确标记,具有良好的稳定性、实时性。     

平面相控阵天线波束控制技术

以平面相控阵天线为研究对象,在给出阵面天线方向图函数模型的基础上,详细描述了波控码的计算方法;分析了波束控制的系统架构,提出了查表法与分布式计算相结合的波控码计算方法,阐述了其软件处理流程,并与传统方法对比分析了该方法的技术优势。通过对阵面天线方向图的仿真分析,该方法可以控制波束指向,实现一维扫描与二维扫描、单向扫描与全向扫描,并具有很好的控制精确度。对波控系统的设计可以推广到其他阵列天线模型上。