高平均功率超短脉冲激光光纤放大研究进展

超短脉冲激光在生物医学、激光微加工、国防等领域有重要的应用.随着双包层光纤激光技术的发展,基于双包层光纤或光子晶体光纤(PCF)的超短脉冲激光光纤放大技术由于在体积、效率、光束质量等方面的优势,倍受关注.主要报道国内外皮秒和飞秒级超短脉冲激光光纤放大的最新进展,介绍其在微加工、超连续谱产生和太赫兹波产生方面的典型应用.     

激光加工的最新应用领域

介绍近年来国际激光加工作为先进制造技术在各个行业、产业应用中的发展趋势。同时,对各种新颖的全固态激光器,包括半导体泵浦固体激光及其倍频技术、高重复频率超短脉冲UV固体激光精细微加工技术、高功率工业级光纤激光器的最新应用     

飞秒激光微加工:激光精密加工领域的新前沿

飞秒激光微加工技术具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维微结构加工等优点,这些特性是传统的激光加工技术所无法取代的。首先回顾了激光微加工和超短脉冲激光技术的发展历史,然后介绍超短脉冲激光与金属和介质材料相互作用的机制,接着阐述了飞秒激光直写、干涉和投影制备等各种加工方法的原理,重点讨论飞秒激光在三维光子器件集成、微流体芯片制备及其在生化传感方面的应用等,最后展望了飞秒激光微加工领域所面临的机遇和挑战,指出了未来的研究方向。     

高峰值功率皮秒脉冲棒状光子晶体光纤放大器

高峰值功率的超短脉冲激光器在激光精细微加工等领域具有重要应用价值。以超大模场光纤为增益介质对超短脉冲激光进行功率放大,是实现高光束质量、高峰值功率超短脉冲激光输出的有效技术手段。以脉冲宽度、重复频率可调的1030nm锁模光纤激光器为种子光源,通过多级全光纤功率预放大和以超大模场棒状光子晶体光纤(PCF)为增益介质的功率放大器,搭建了高峰值功率皮秒脉冲光子晶体光纤放大器系统。实验研究了棒状PCF放大器的输出特性,在脉冲宽度为30ps时实现了峰值功率为2.94 MW的近衍射极限激光放大输出。     

飞秒激光在材料微加工中的应用

本文介绍了飞秒激光的特性以及超短脉冲激光与材料相互作用的机理，并着重指出了其与长脉冲激光的区别。飞秒激光可产生超高光强、具有精确的损伤阈值(并且损伤阈值较低较低)、很小的热影响区、几乎可精密加工所有种类材料，并且，加工精度极高，可进行亚微米尺寸的精密加工。通过分析飞秒激光材料微加工的特性，综述超短脉冲激光材料微加工的应用研究现状。     

超短脉冲激光微孔加工(上)——理论研究

自20世纪60年代激光器被发明以来,其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级,使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。为了进一步优化超短脉冲激光的微加工,理论研究必不可少。主要论述了超短脉冲激光与不同类型材料之间的相互作用机制。简述了超短脉冲激光微孔加工中的典型物理特性,如等离子体效应、自聚焦和光丝效应及锥形辐射等。分析了超短脉冲激光微孔加工的理论研究现状,并得出了目前理论研究中存在的问题。     

最优群孔激光打孔自动编程软件的开发

阐述在数控激光打孔机上进行群孔激光打孔时,最佳打孔路线数学模型的建立以及解决该模型的算法。在此基础上开发了适应于数控激光打孔系统的自动编程软件。     

基于ObjectARX的激光切割数控自动编程系统开发

数控自动编程是数控系统向集成化、智能化发展的重要环节，对提高数控程序编制效率、可靠性和降低数控编程人员工作难度具有重要作用。针对LCM-408激光加工机床，基于AutoCAD平台的二次开发工具ObjectARX及Visual C++建立了图形交互式激光切割自动编程系统。采用Polyline图形实体描述激光切割路径，实现了Polyline的顶点和凸度等图形信息的自动提取，通过图形实体的AcDbExtent对象获取并计算出激光切割区域最小包络矩形的宽度和高度。为避免某些材料在激光切割过程中发生“过烧”现象，实现了激光切割元件轨迹的元件起割切入和最后切出部分的自动生成。并采用交互式依次选取切割元件，以及对切割元件进行分组的方法确定多个切割元件的切割顺序，并将相应的图形信息、加工路径信息等转换为相应的数控代码。通过激光切割轨迹的静态模拟初步实现了数控代码程序的校验。     

基于高柔性机器人的光纤激光切割系统的研究

光纤激光机器人三维切割系统是集三维六轴联动、高柔性、低成本于一体的智能化光机电产品.该产品主要利用机器人的空间运动优势和光纤激光柔性传输的特点来实现白车身冲压件的三维修边、切孔、分离,从而取代传统的模具加工.重点分析了系统在研发过程中的几项关键技术:控制系统的设计与集成、离线自动编程软件系统的研发、车身覆盖件三维激光切割夹具的设计、机器人激光切割头系统的研制、白车身薄板类金属的光纤激光加工工艺的研究等.该系统的研发成功,将大大缩短样车研制周期,对我国自主品牌汽车业的发展有着重要的战略意义.     

激光微加工

激光微加工现已成为激光应用的一个重要分支。由于微电子学的发展,高功率Nd:YAG激光器和CO_2。激光器以及光纤的实用化,才有今日的激光微加工的应用地位。微电子学在要求小型和高集成化的同时,还需要有能低成本批量生产的制作工艺。为此,以微型高速、高精度加工和容易实现程序控制为特点的激光加工技术,迅速朝着实用化方向发展,可以说,微电子学的发展是微调、修复和打标记等激光微加工的发展原动力。一、激光微加工用的激光器目前在激光微加工应用中,Nd:YAG激     

激光微技术的发展现状

介绍了激光微加工技术的特点,与其它微加工技术相比,激光微加工具有非接触、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率等优点,既可以通过去除方式,也可以通过材料堆积进行微加工成型。综述了几种常用的激光微加工技术及其发展趋势,微机电系统（MEMS）技术的进一步成熟,必将带动激光微技术快速发展。     

基于啁啾脉冲放大的掺铒全光纤结构激光器

为了使全光纤结构啁啾脉冲放大实现超短激光的脉冲输出,采用色散补偿光纤对种子脉冲进行了展宽,利用普通单模光纤来实现放大后脉冲的压缩。对整体激光系统进行了理论分析和实验验证,获得了420fs的超短激光脉冲,平均功率达到1.81W。并利用周期极化的铌酸锂晶体对放大激光脉冲进行倍频,将激光波长拓展到近红外的780nm附近,光谱半峰全宽达到11nm。结果表明,在全光纤结构的掺铒光纤激光系统中,可以通过改变色散光纤的插入量对脉冲展宽和压缩过程中光谱畸变进行有效的控制。这一结果对于实现高功率的全光纤超短脉冲放大系统是有帮助的。     

基于PC的开放式多功能激光加工数控系统

目前国内外在激光加工中普遍应用的数控系统是一种专用型、封闭式的系统 ,无法适应现代高柔性、低成本的加工要求。因此 ,本文研制了一种基于工业PC的开放式多功能激光加工数控系统 ,以通用的Windows操作系统作为开发平台 ,同时具有硬件和软件的开放性。该系统具有如下特色 :设计了编程专家系统 ,使用者无需学习G代码和PMAC卡宏指令即可编程 ;通过自动编程系统可将激光切割的CAD图形自动转换为加工代码 ,并可自动选择最佳切割顺序 ,保证最短空程路径 ;提出了一种PID全离线检测方案 ,大大加速了激光加工机多轴控制参数的调节和优化进程。该数控系统已成功地应用于激光切割、焊接、表面处理、快速直接制造等多种激光加工。     

基于紫外纳秒脉冲激光的微加工系统设计与实验分析

介绍了紫外纳秒脉冲激光微加工系统的设计, 以及利用该系统对不同材料的样品进行加工实验分析。系统采用355 nm波长的紫外纳秒脉冲激光作为加工光源, 设计了光路机械结构和基于DSP和FPGA的运动控制板, 驱动3D运动平台带动样品运动实现加工。上位机软件对加工图像进行解析, 并对加工过程进行控制。光路结构的共焦特性, 保证了CCD的照明光源和加工光源共焦平面, 实现了自动聚焦和在线观测功能。利用该微加工系统, 针对单晶硅、光敏玻璃、陶瓷、金属等材料展开了多种加工实验, 验证了系统性能的可靠性和实用性, 通过对不同材料的加工结果进行了观测和分析, 对加工参数和工艺进行了优化, 总结了紫外脉冲激光针对不同材料的加工特性。     

增量编程在实际加工中的应用技巧

以FANUC18T系统为例，介绍了用增量编程实现多种自动循环切削的方法，该方法可在多种数控加工系统中应用。     

飞秒激光在微加工领域的应用研究

飞秒激光具有超精细三维微加工、高聚焦能力、超强峰值功率、超短脉冲等特点,在其逐渐发展过程中飞秒激光以其自身的这些特点被应用到各个领域中,其中应用最多的就是飞秒激光的微加工技术。因此本文主要研究飞秒激光在微加工领域中微加工金属材料、微加工耦合器和光波导、微加工光子晶体、微加工光线器材中的具体应用。     

基于准分子激光加工技术的内嵌光纤型微流控器件的制备

为了方便、快速、低成本地检测样品,提出一种内嵌光纤型微流控芯片的制备方法.利用248 nm的KrF准分子激光在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上进行微加工,构建芯片结构,并嵌入腐蚀过的直径35μm的单模光纤,从而形成内嵌光纤型芯片.探讨了准分子激光加工参数以及嵌入光纤的方法.结果表明,用准分子激光加工芯片,可控性好、简便可靠、加工过程可实现无人化.内嵌光纤实现了光纤的相互对准以及光纤对流道中央的对准,可以灵敏地获取样品的光学信号.     

基于Mastercam的模具型腔的工艺分析与编程

本文以一典型模具型腔加工为例,对其进行了工艺分析并运用Mastercam自动编程软件进行了自动编程,最终生成数控加工程序,希望能为模具的数控加工提供借鉴。     

超短脉冲光纤激光相干合成(特邀)

相干合成技术能够突破单路激光的功率和脉宽极限,实现超高功率、超短脉宽的脉冲激光输出。介绍了超短脉冲光纤激光空域、时域和频域相干合成的基本原理和关键技术。综述了空域、时域和频域相干合成系统及其关键技术的研究现状,梳理了超短脉冲光纤激光相干合成的发展趋势,为相关技术的发展提供参考。     

飞秒激光微加工中光斑横向超分辨研究

飞秒激光微加工中焦点光斑横向光场的分布直接影响到激光微加工的精度、分辨率和表面粗糙度等。利用激光束空间整形技术对激光束聚焦光斑进行调制,基于横向超衍射理论和优化算法进行了研究和分析,完成了一种0-结构四环横向相位板的设计。该相位板归一化半径为r1=0.16、r2=0.27、r3=0.49,获得的峰值能量S、焦斑尺寸GT、旁瓣能量MT分别为0.38、0.74、0.20。并且基于该相位板在激光微加工系统中进行了一种光致变色材料的相位板加入前后的对比加工实验,实验结果表明,在飞秒激光微加工系统中使用这种相位板可以有效地减小加工点的尺寸大小。