激光预处理提升DKDP晶体加工表面的抗损伤能力

针对晶体表面的损伤特性,采用小光斑扫描激光预处理技术预辐照DKDP晶体元件,并采用表面损伤自动探测系统实时分析每个脉冲辐照后晶体表面的损伤情况,比较预处理和未预处理区域的损伤点密度确定表面预处理效果,并进一步模拟分析表面各类缺陷在纳秒强激光辐照下的动态过程,解释激光预处理对精抛表面提升作用的微观机制并分析它对粗抛表面提升不明显的原因。实验结果表明,激光预处理技术对粗抛表面的提升作用并不明显,但是可以大幅度抑制精抛表面的损伤点密度。在本文的实验条件下,晶体表面的抗激光损伤能力可以提升约60%。比较体材料和精抛表面的预处理效果发现:当体材料的抗破坏能力通过预处理提升后,精抛表面的抗激光损伤能力也会提升,由此可见精抛表面的激光预处理效果与体材料性能相关。     

KDP\DKDP倍频晶体吸收系数的斜入射测量

考虑惯性约束聚变系统中的磷酸二氢钾/磷酸二氘钾(KDP\DKDP)的吸收系数直接影响系统的转换效率及最终输出能量,本文研究了KDP\DKDP倍频晶体吸收系数的测量方法。提出了新的基于朗伯定律的倍频晶体吸收系数斜入射测量法。建立了斜入射状态下入射光偏振态与晶体o光和e光的关系模型,推导了小角度入射下晶体e光折射率的迭代计算方法。采用该方法计算了晶体的e光折射率,通过测量得到的数据间接计算出了KDP\DKDP倍频晶体吸收系数。详细分析了该方法在测量过程中的各项误差来源,得出该方法测量误差优于0.000 2cm~(-1)。最后,对一块40mm×40mm×60mm的开关晶体元件进行测试并与分光光度法比对以验证提出方法的可行性,结果显示两种测量方法的偏差小于0.000 2cm~(-1),表明该方法可用于惯性约束聚变系统中倍频晶体吸收系数的测量。     

激光聚焦线扫描法测量KDP晶体坯片的体缺陷

为了快速准确测量磷酸二氢钾(KDP)晶体坯片的体缺陷,提出了高速激光聚焦线扫描散射成像方法,并建立了相应的测量系统。研究了该系统的测量原理和图像采集、图像处理和体缺陷信息提取方法。基于激光散射技术,结合高速运动装置对晶体坯片内部进行三维扫描,用线阵CCD探测器接收气泡、包裹物等体缺陷产生的散射光。然后利用折射率匹配液消除粗糙表面带来的不利影响。最后结合数字图像处理技术,对采集的图像进行实时处理。通过去除背景后与设定阈值比较得到具有体缺陷特征的图像,再对其进行二值化处理,提取得到体缺陷的位置和尺寸信息。利用该检测装置对KDP晶体坯片体缺陷进行了测量,结果显示其检测分辨率优于40μm,能够为晶体坯片的精确切割和最大程度的利用提供依据,从而节省了大量成本。     

磷酸二氢钾晶体飞切过程中温度场的分布及其对切屑形貌的影响

研究了磷酸二氢钾(KDP)晶体飞切加工过程中温度场的分布,探索了切削温度对KDP晶体切削过程的影响。首先,采用热力耦合有限元分析对KDP晶体切削过程进行了仿真,获得了不同切削深度下材料内部温度场的分布。分别使用飞切机床和纳米压痕仪在不同速度下切削KDP晶体,发现不同切削速度下形成的切屑的微观形貌存在显著差异,分析指出这可能是由于在不同切削速度下切削区域温度差异导致的。最后,对低速加工过程中获得的切屑进行加热试验,并观测了不同温升条件下切屑微观形貌的变化。飞切加工仿真实验显示:当切深为200nm时,切削区域的温度达到110℃;而实际实验结果表明:当温度超过100℃时,切屑的微观形貌会发生明显变化。综合仿真及实验结果可知:在KDP晶体飞切加工过程中切削区域的温度将超过100℃,因此在对KDP晶体切削机理进行研究时,必须考虑温度对材料力学性能及其去除过程的影响。     

高抗激光损伤阈值光栅后处理抛光技术研究

脉冲压缩光栅是实现高能量激光的核心光学元器件,其制造过程中产生的表面污染物和微结构缺陷成为限制高功率激光系统发展的技术瓶颈,为了提升光栅的激光诱导损伤阈值,提出利用磁性复合流体进行脉冲压缩光栅(PCG)后处理抛光研究。对抛光前后光栅样品的微观结构,表面形貌、表面粗糙度、衍射效率和激光诱导损伤阈值等参数进行测量,进行抛光前后光栅表面质量和光栅性能的评估。研究发现,磁性复合流体抛光能够在不破坏实际光栅结构的前提下抑制加工过程产生的毛刺,微结构缺陷等;经3 min抛光后,光栅顶部表面粗糙度从21.36 nm下降到3.73 nm;激光诱导损伤阈值从2.8 J/cm²提高到3.8 J/cm²,抗激光损伤性能提升35.7%,且不影响衍射效率。实验结果表明：磁性复合流体抛光是一种可以提高光栅元件表面质量,提升光栅元件光学性能的有效方法。     

高功率脉冲激光技术及其在工业领域的应用

简述了高功率脉冲激光器工作原理,着重介绍了调Q和锁模等关键技术,对高功率脉冲激光器在工业领域的应用进行了阐述,介绍了国内外激光产业发展情况,举例说明脉冲YAG激光其在美国、日本及欧洲的发展及应用,为我国高功率脉冲激光加工技术的发展及其在工业制造领域的应用提供了重要的参考。     

磁流变抛光对熔石英激光损伤特性的影响

为进一步提升熔石英元件的激光损伤阈值,研究了氢氟酸(HF)动态酸刻蚀条件下磁流变抛光工艺对熔石英元件激光损伤特性的影响规律。首先,采用不同工艺制备熔石英元件,测量它们的表面粗糙度。然后,采用飞行时间-二次离子质谱法(OF-SIMS)检测磁流变加工前后熔石英元件中金属杂质元素的含量和深度;采用1-on-1方法测试激光损伤阈值,观测损伤形貌,并对损伤坑的形态进行统计。最后,分析了磁流变抛光工艺提升熔石英损伤阈值的原因。与未经磁流变处理的熔石英元件进行了对比,结果显示:磁流变抛光使熔石英元件的零概率激光损伤阈值提升了23.3%,金属杂质元素含量也显著降低,尤其是对熔石英激光损伤特性有重要影响的Ce元素被完全消除。得到的结果表明,磁流变抛光工艺能够被用作HF酸动态酸刻蚀的前道处理工艺。     

激光刻蚀金银合金胶体的制备及其SERS应用

金属胶体是一种新兴的表面增强拉曼散射(SERS)活性衬底,利用激光液相刻蚀技术制备了金银合金胶体,并通过透射电镜、吸收光谱、表面增强拉曼散射光谱等手段对其特性进行表征。结果表明,合金粒子多数为球形颗粒,颗粒大小在5nm左右,并且有很好的分散性,等离子体共振吸收峰位于428nm。此外,该胶体表现出很好的表面增强拉曼散射活性,且性能稳定可在室温下长时间保存。     

脉冲激光溅射沉积技术的发展及其应用研究

薄膜材料已经在半导体材料、超导材料、生物材料等方面得到广泛应用.为了得到高质量的薄膜材料,脉冲激光溅射沉积(PLD)技术受到了广泛的关注.文中介绍了脉冲激光溅射沉积薄膜的基本原理及特点,分析了脉冲激光溅射沉积技术在制备高温超导膜、铁电薄膜、生物陶瓷薄膜等功能薄膜方面的应用研究.大量研究表明,脉冲激光溅射沉积是目前最好的...     

激光熔覆技术及其应用（上）

一、概述 1．激光熔覆技术的基本原理 激光熔覆（也称激光色覆）是材料表面改性技术,其原理是先在基材表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料,利用高功率密度激光束（10^4-10^6W／cm^2）辐照金属表面,     

Subsurface Damage in Scratch Testing of Potassium Dihydrogen Phosphate Crystal

Potassium dihydrogen phosphate (KDP) is an important electro-optic crystal, often used for frequency conversion and Pockels cells in large aperture laser systems. To investigate the influence of anisotropy to the depth of subsurface damage and the profiles of cracks in subsurface of KDP crystal, an experimental study was made to obtain the form of subsurface damage produced by scratches on KDP crystal in [100], [120] and [110] crystal directions on (001) crystal plane. The results indicated that there were great differences between depth and crack shape in different directions. For many slip planes in KDP, the plastic deformation and cracks generated under pressure in the subsurfacewerecomplex. Fluctuations of subsurface damage depth at transition point were attributed to the deformation of the surface which consumed more energy when the surface deformation changed from the mixed region of brittle and plastic to the complete brittle region along the scratch. Also, the process of subsurface damage from shallow to deep, from dislocation to big crack in KDP crystal with the increase of radial force and etch pit on different crystal plane were obtained. Because crystallographic orientation and processing orientation was different, etching pits on (100) crystal plane were quadrilateral while on (110) plane and (120) plane were trapezoidal and triangular, respectively.     

KDP晶体磨削表面缺陷及损伤分析

在对磷酸二氢钾（KDP）晶体进行磨削加工的基础上,利用光学显微镜、ZYGO三维表面形貌仪和扫描电子显微镜对KDP晶体磨削加工表面层缺陷及损伤进行了研究,发现磨削加工后的KDP晶体表面有较大的划痕和脆性破碎现象,材料以脆性去除为主。     

KDP晶体三倍频晶面微观力学行为及加工性能

为了揭示磷酸二氢钾(KDP)晶体三倍频晶面微观弹塑性力学行为及加工性能,开展了纳米压痕研究。建立了KDP晶体三倍频晶面各向异性力学模型,基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法对纳米压痕进行了数值仿真并完成了纳米压痕测试实验。实验结果表明:实验与仿真计算的载荷-压入深度关系曲线的相关系数为0.996 328,吻合度较高,验证了力学模型的正确性,得出KDP晶体三倍频晶面的屈服强度为240MPa。数值仿真结果显示:由于材料的各向异性,工件内部应力呈不规则圆弧状分布;载荷大小与等效应力影响深度呈近似线性递增关系;材料表面等效塑性应变分布形状与压头投影面几何形状相类似,存在复映效果。当载荷小于2mN时,各压头的残余应力深度差异性较小(小于0.2μm);随着载荷逐渐增大,这种差异不断扩大。得到的结果为实现KDP晶体三倍频晶面的高效低损伤加工提供了理论支撑。     

Experimental study on high-efficiency polishing for potassium dihydrogen phosphate (KDP) crystal by using two-phase air—water fluid

Frontiers of Mechanical Engineering - A high-efficiency polishing approach using two-phase air—water fluid (TAWF) is proposed to avoid surface contamination and solve the inefficiency of...     

Investigation of high power laser coatings

1Introduction Opticalthinfilmcoatingisoneofthewea kestopticsinICFlasersystems.Totally,there aretwoaspectswhichinfluencethedevelopment ofthelasersystems.Thefirstaspectislaser damageresistanceofthecoatings,whichpuzzled coatingengineersformanyyears[1].Although muchgreatprogresshasbeenmadeintheoretical analysisofdamagemechanismsandoptimization ofdepositionprocedures,therewerestillmany sealedproblemsrestrictingthefurtherimprove mentofthelaserinduceddamagethreshold(LIDT)[27].Thelaser induceddama…