高功率连续激光辐照CFRP层合板热力破坏效应多尺度分析模型

建立了能够反映高功率连续激光辐照碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板时材料发生烧蚀、热解与层间开裂等热力损伤效应的多尺度分析模型。从细观尺度分别建立了纤维和基体的热解动力学方程,通过热重分析获得热解动力学参数,进而得到CFRP层合板宏观的热物与力学性能参数。通过内聚力模型建立了激光辐照引起层间开裂的分析模型,提出并建立了热解和层间开裂效应阻碍能量传递的热阻模型。将多尺度模型获得的热-力学性能参数与热力耦合数值模型相结合,模拟了高功率连续激光引起的烧蚀、热解及层间开裂行为,模拟结果与实验结果吻合较好。     

闪耀光栅的衍射特性研究

为了系统研究闪耀光栅的衍射特性,分析光栅结构参量对其衍射效率的影响,采用严格的耦合波分析方法,得到了闪耀光栅的槽顶角、闪耀角等结构参量以及波长与衍射效率的关系。结果表明,随着槽顶角的增大,闪耀角向减少的方向移动,衍射效率则向降低的方向移动;槽顶角一定时,随着光波长的增大,衍射效率降低,同时闪耀角向增大的方向移动;同时分析了闪耀光栅的偏振现象。分析结果可为闪耀光栅的设计提供参考依据。     

激光诱导光栅的衍射机制

本文理论分析了激光诱导光栅的衍射机制。对于泵浦激光脉宽t大于或等于特征时间T=∧/v(其中∧是介质中干涉条绞间隔,u是介质中的声速)时,采用非线性光学四波混频理论,分析了衍射过程,得到了位相匹配条件。当泵浦激光脉宽t<相似文献   

部分相干光光栅衍射新特性研究

基于Diriehlet边界条件下瑞利一索末菲衍射积分公式,文章推导出了部分相干光光栅衍射场中交叉谱密度的计算表达式,并以高斯一谢尔模型光束为例研究了部分相干光光栅衍射场中光强的空间分布。数值计算发现部分相干光光栅衍射场中存在极值光强的衍射角不随入射点位置改变而改变和衍射场中极大光强的中央有凹陷,且凹陷深度随光束束宽的减小而变大的新特性。最后利用严格电磁场理论比较研究了本文中的结果。     

高功率激光偏振合成特性研究

热效应是高功率固体激光器系统的主要问题之，开展偏振合成本研究既可以降低热效应对系统的影响，又可以大大降低系统的破坏可能性，提高输出功率。本文在静态实验的基础上，采用不同方案，进一步开展了Ｑ开关动态合成特性的研究，取得了较为理想的实验结果，并探讨了偏振合成存在的问题与发展方向。     

高功率激光光纤耦合特性研究

实现高功率激光的光纤耦合对高功率激光应用有着重要的作用.文中简要介绍了高功率激光耦合的关键技术,包括激光光纤耦合条件、耦合效率、光纤的选择和端面处理、光纤损伤机理及其阈值条件等方面.     

多层衍射光学元件的特性分析

对采用不同材料多层衍射光学元件的衍射效率进行了分析.通过建立双层衍射光学元件的位相分布函数,实现了宽光谱范围内高衍射效率的多层结构设计.可见光波段设计结果表明多层衍射光学元件可在整个光谱范围内获得大于96%的衍射效率,克服了传统单层衍射元件衍射效率低的缺点,使衍射元件在混合光学系统中,特别是在可见光波段,充分发挥其校正色差、热差及提供非球面度的优势,从而实现体积小、重量轻、像质优越的光学系统.     

光栅衍射型激光告警光学系统设计

为实时测量来袭激光的特征参数、入射方向等信息,设计了基于光栅的激光告警光学系统.使用正弦透射光栅,来袭激光衍射后只有零级和一级衍射,有利于信号采样和处理.该光学系统由遮光罩、正弦光栅、平凸柱面镜、线阵CCD构成.通过理论分析和计算,确定了各光学元件参数.实验结果表明,采用该光学系统的激光告警器可以实现对波长范围为500～1100 nm、波长分辨率小于等于10 nm、入射角分辨率小于等于1°、视场角为22.5°的激光测量.     

嵌入式光栅多层结构锥形衍射的严格耦合波理论研究

基于严格耦合波分析理论,将嵌入式光栅多层结构平面衍射的理论模型扩展至锥形衍射的情况,可以模拟具有任意波长、偏振态、方位角和入射角的平面波入射该多层结构后形成的衍射。在此基础上,研究了微机械声光传感器锥形衍射中+1 级光衍射效率的收敛性。仿真表明:TM（Transverse Magnetic）偏振光入射且光栅周期为4 m 时,当谐波数M（2n+1）分别为67、69、71 时,+1级光衍射效率分别为28.86%、28.84%、28.86%,收敛性较好。另外,优化了微机械声光传感器的位移灵敏度,当入射角为22、方位角为10、光栅周期为1 m 时,与周期为4 m 的+1 级衍射光相比,TE、TM 偏振光入射时0、+1 级衍射光的位移灵敏度均提高一倍,可以准确地监测该传感器中声压或驱动电压引起的金属膜的位移。     

高功率连续波CO2激光辐照加载铝板的研究

对受拉、受压和扭曲加载的LY12铝合金板被连续CO2激光辐照后的热力机械响应、应力状态、变形及破坏等进行了研究,同时研究了各种不同加载形式下的激光辐照破坏的工艺参数范围,分析了激光辐照破坏区的微观结构。研究表明,在激光辐照和机械加载的联合作用下,激光辐照烧斑区产生部分熔化和凹陷,在辐照区的边缘产生裂纹和皱折,最终导致破坏。另外,还具体分析了几种试件的破坏特征。     

利用光栅衍射缺级效应探测激光信息的研究

利用傅立叶变换理论研究了激光以任意角度入射平面透射光栅的夫琅和费衍射,通过分析衍射图像的相对光强分布,得到了零级和各级明纹中心位置与入射激光信息之间的关系以及明纹缺级情况。提出了通过增加光阑限制入射角范围,能够仅提取零级和正负一级明纹中心位置坐标,进行数据处理后反向推导出了入射激光的波长和方向与明纹位置的关系,进而获得了计算入射激光参数的方法。根据计算结果提出了采用CCD观测衍射图像、利用高速信号处理数据系统的样机设计方案。在对样机各类参数进行了论证的基础上,推算了样机性能。     

斜入射下液晶偏振光栅衍射特性研究

为了表征光束倾斜入射下液晶偏振光栅的衍射特性,提出了液晶偏振光栅斜入射角度-驱动电压-衍射效率的三维模型建模方法。该方法利用吉布斯自由能方程,求解液晶分子指向矢,得到驱动电压与液晶分子倾斜角的表达式,推导出斜入射角度与相位延迟量之间的关系,结合扩展琼斯矩阵表征不同入射角度下液晶偏振光栅的透过率,通过矢量衍射理论,建立了斜入射角度-驱动电压-衍射效率的三维模型。该模型不仅可以定量求解不同斜入射角度下液晶偏振光栅衍射效率,而且能够实现衍射效率最优时驱动电压的标定。通过仿真分析和实验对该模型的有效性进行了验证,结果表明:光束入射角度从0°倾斜到10°时,最优驱动电压由2.2 V降低到2.0 V,液晶偏振光栅衍射效率从85%下降到78%;光束入射角度从0°倾斜到?10°时,最优驱动电压由2.2 V升高到2.4 V,液晶偏振光栅衍射效率从85%下降到74%。     

微米亚微米光栅的矢量衍射特性研究

本文应用微电子制板和离子刻蚀技术，研制成功凹槽光栅结构接近可见光波长的一组矩形光栅，进行了衍射特性与刻蚀周期，深度关系的实验，得到了与矢量藕合波理论计算一致的结果。     

刻蚀衍射光栅像差特性分析

对作为波分复用关键器件之一的刻蚀衍射光栅(EDG)的像差特性提出了一种简单方便的计算方法,分析了像差对刻蚀衍射光栅频谱响应的影响.理论推导了基于基尔霍夫衍射、角谱衍射以及快速傅里叶变换等方法.最终证明彗差会造成谱形失称,明显降低耦合效率;而球差则会明显地增加串扰.并指出当像差存在时通过输出端加ta per结构,并不能显著改善器件的串扰特性.     

高斯光束经衍射光栅的滤波特性研究

为了分析高斯光束经衍射光栅后的衍射特性,采用标量衍射理论推导出单色高斯光束的夫琅禾费衍射公式,在此基础上采用高斯光束耦合理论研究了复色高斯光束在衍射光栅的分光作用下的滤波特性,并与平行平面光束通过衍射光栅的分光特性进行了比较。结果表明,单色高斯光束在能量分布上与因子T相关,并且复色光束的滤波带宽会收窄。这为设计和优化高性能光滤波器提供了理论参考。     

刻蚀衍射光栅像差特性分析

对作为波分复用关键器件之一的刻蚀衍射光栅(EDG)的像差特性提出了一种简单方便的计算方法,分析了像差对刻蚀衍射光栅频谱响应的影响.理论推导了基于基尔霍夫衍射、角谱衍射以及快速傅里叶变换等方法.最终证明彗差会造成谱形失称,明显降低耦合效率;而球差则会明显地增加串扰.并指出当像差存在时通过输出端加taper结构,并不能显著改善器件的串扰特性.     

三角形面形亚波长光栅的衍射特性研究

运用等效介质法 (EMT)和基于严格电磁场理论的傅立叶模式理论 (FMT)分别讨论了三角形浮雕型的亚波长位相光栅的衍射特性 ,并对以上两种方法的数值模拟结果进行了比较研究。发现了等效介质法的局限性 ,并且利用模式理论研究了导模共振异常现象     

液晶衍射光栅模型研究

在液晶指向矢计算的基础上，本文得到了向列相液晶在电场下折射率分布和相位延迟。并在矩形光栅和正弦相位光栅的基础上，分析了液晶衍射光栅对入射光一级衍射情况及其衍射效率，得到了它的数学模型。     

高功率激光空化气泡声辐射特性研究

研究了水下高功率激光击穿水介质形成单空泡及空泡辐射声波的特性,推导了激光空泡辐射声波信号在击穿近场、远场的特性模型.利用调Q Nd:YAG激光聚焦水下击穿水介质产生空泡,采用高速摄像机、高频测量水听器对激光空泡的生长过程及辐射的声波信号进行了测量.实验结果与理论模型吻合,可为相关研究提供参考.     

厚板高功率激光切割重铸层微观组织研究

本文研究了18 mm厚316L不锈钢激光切割重铸层宏微观成形特征,基于扫描电镜和电子背散射衍射仪,分析了重铸层表面和截面晶粒的形态和尺寸。结果表明：重铸层表面的Fe元素少量蒸发,从上部到下部重铸层表面由紊流向层流转变,厚度逐渐增大,组织呈现为分层的针状晶形态;对于晶体取向,切缝顶部晶粒的外延生长比例低于底部,前者生长方向的随机分布由熔体紊流引起,后者的外延生长由熔体层流引起;母材中的γ相为等轴晶形态,δ相呈带状分布;重铸层中γ相的晶粒形态不规则,粗化至母材的2倍左右,而δ相则弥散分布,细化至母材中δ相尺寸的1/6～1/2;组织转变的原因是激光切割过程中极大的温度梯度大幅缩短了δ相形成温度的持续时间,同时,熔体扰动促使δ相弥散分布。