激光聚焦熔石英表面产生击穿的热力学效应分析

利用纳秒激光脉冲辐照熔石英玻璃产生击穿的方法,仔细观测了熔石英表面损伤的微观形貌,并基于激光击穿过程的热力学效应对损伤机理进行了研究。研究表明:激光脉冲能量的沉积主要是基于激光等离子体的逆韧致吸收效应,高温高压等离子体是导致熔石英玻璃损伤的主要因素;熔石英玻璃在击穿过程中伴随着温度升高、材料熔化、气化以及电离等过程,这些效应使得玻璃发生相变以及断裂,而冲击波效应会使得相变材料发生去除辐照区周围玻璃发生剥离而形成大范围的坑状破坏点。     

激光等离子体对BK7玻璃的损伤的特征研究

实验研究了ns激光脉冲聚焦到BK7玻璃表面发生电离时玻璃的损伤形貌,并基于激光等离子体的特性对损伤特征进行了分析.研究发现:激光击穿产生的激光等离子体具有高温高压的特性以及较宽的光谱分布,这些特性对脆性BK7玻璃的损伤特性有决定性的影响.激光等离子体发射光谱的波长分布远远小于入射激光的波长,其电离效应大大增强,使玻璃材...     

重复激光脉冲对熔石英损伤的演化机制

采用重复频率为10 Hz,波长为1064 nm的纳秒激光脉冲辐照熔石英元件,通过改变激光作用脉冲数,研究了不同脉冲累积效应对样品损伤形貌的影响。研究发现熔石英样品损伤主要来自于等离子冲击波作用,且损伤后,样品带隙会发生明显降低。对比激光作用样品内部和表面形貌,发现激光作用样品内部时,内部约束层使等离子冲击作用时间加长。通过对比损伤形貌的差异,可以将损伤形貌由内到外分为断裂融化区、断裂区、融化区三个部分,并通过冲击波压强变化,对各损伤区形貌成因进行了解释。     

重频脉冲CO2激光损伤K9玻璃的实验

对脉冲CO2激光在不同重频模式下损伤K9玻璃进行了实验研究。采用输出能量为10 J,脉宽为90 ns,重复频率在100 Hz至300 Hz之间连续可调的脉冲CO2激光器,对K9玻璃样品进行了激光损伤实验,观察到两次不同重频条件下样品的损伤形貌。实验结果表明,重频越高,对样品的损伤程度就越严重;应力损伤成为K9玻璃激光损伤的最主要的原因,在重频强激光的辐照下,K9玻璃表面出现强烈的等离子体闪光,伴随明显的熔融气化破坏,并形成等离子体爆轰波。爆轰波对玻璃材料产生了严重的力学冲击作用,这种应力作用足以对K9玻璃造成毁灭性破坏。运用有限元分析对激光辐照K9玻璃的温度与应力分布进行仿真,其计算结果与实验基本吻合。     

高重复频率脉冲激光材料烧蚀的准真空环境效应

为了说明高重复频率脉冲激光材料烧蚀时准真空环境效应的存在,对比不同重复频率的激光脉冲对钢材料的烧蚀率与不同气压环境中的烧蚀率,提出准真空环境效应是平均烧蚀率随脉冲重复频率的提高显著增加的主要原因.将激光脉冲作用形成的准真空环境分为激光等离子体冲击波存在时的准真空环境和激光等离子体冲击波消散后的准真空环境两个时间段,模拟计算和分析了激光作用区周围环境气体密度分布及准真空环境持续时间.实验结果表明,在激光脉冲作用后的几百微秒内,激光烧蚀区周围会存在准真空环境,若后续脉冲在此时间范围内作用于材料,会产生类似于在真空环境中烧蚀的高烧蚀率.     

CO2激光诱导液滴射流等离子体的实验研究

为了研究激光诱导射流等离子体特性,了解激光诱导液滴等离子体的发展过程,基于脉冲激光-液滴同步作用系统,采用阴影法,观测了激光作用液滴的阴影图像,取得了液滴在CO2脉冲激光作用下的演化过程数据。对图像进行处理获得了激光诱导液滴等离子体冲击波膨胀范围随时间的变化,并估算出了产生冲击波的激光能量。结果表明,空气冲击波的膨胀半径在当前观测时间范围内线性膨胀,约32%的激光能量用于产生冲击波。空气冲击波的变化规律对激光诱导液态燃料点火的研究提供了一定的参考依据。     

脉冲CO2激光损伤K9玻璃的实验与仿真

对脉冲CO2激光损伤K9玻璃进行了实验与仿真研究.采用输出脉宽为10μs的脉冲CO2激光器对K9玻璃样品进行激光损伤实验,并且建立了脉冲CO2激光损伤K9玻璃的理论模型,利用有限元法对K9玻璃样品中的温度和应力分布进行数值分析.研究表明,K9玻璃的损伤阈值为6.533 J/cm2;入射激光能量密度越高,样品的损伤程度就越大,并且多脉冲对样品的损伤程度明显大于单脉冲;在激光能量较强的情况下,K9玻璃表面在光斑区域内形成熔融损伤和由压缩应力造成的应力损伤,在光斑区域外围则形成由环向拉伸应力造成的应力损伤,仿真分析结果与实验结果吻合良好.     

高功率YAG激光在生理盐水中产生微等离子体的研究

利用光学阴影探测方法研究了调Ｑ－ＹＡＧ脉冲激光在生理盐水光学击穿阈值附近诱导微等离子体和冲击波产生的过程，得到了微等离子体和冲击波随人射激光能量和延迟时间而变的系列光学阴影图，并且指出了冲击波的机械作用在脉冲激光眼科医疗中的影响。     

脉冲Nd:YAG激光诱导水滴等离子体的实验研究

为了研究激光诱导液滴等离子体特性,基于脉冲激光与液滴的同步作用,采用直接成像法和阴影法研究了液滴等离子体羽辉膨胀特性及激光作用液滴的运动情况。首先采用增强型电荷耦合器件直接成像法,研究了水滴等离子体的羽辉随时间的演化;其次利用阴影法研究激光作用水滴的阴影图像的演化,观察到激光作用水滴产生的冲击波及液滴团簇的变化,分析计算了冲击波膨胀距离随时间的变化和膨胀速度。结果表明,激光诱导水滴等离子体的膨胀形状近似为椭圆,其中沿激光入射方向的一侧辐射强度较高;100ns内等离子体的膨胀变化近似为线性膨胀,100ns后膨胀趋于稳定;冲击波膨胀半径随时间线性增长,冲击波的膨胀速率约为90m/s。此研究结果可为激光诱导液滴实验提供一定的参考依据。     

不同延时的组合脉冲激光致硅表面损伤研究

为了研究组合脉冲激光与单晶硅材料的相互作用过程,采用两束脉宽分别为7ns和1ms的脉冲激光复合作用的方式,进行了单束毫秒脉冲激光和组合脉冲激光辐照硅片的实验研究,并结合数值计算对比了两种激光工作模式辐照造成的表面损伤形貌;根据组合脉冲激光延迟时间的不同将损伤形貌分为3类,对熔融深度和表面损伤半径做了进一步的研究。结果表明,组合脉冲激光的损伤效应更为严重,包括解理裂纹、烧蚀和皱褶,表面损伤半径主要取决于入射毫秒脉冲激光的能量密度,而熔融深度随延迟时间的增加而减小;毫秒脉冲激光的预加热以及纳秒脉冲激光造成的表面损伤与后续毫秒脉冲激光的相互作用,使得组合脉冲激光具有更好的损伤效果。该研究结果可为今后组合脉冲激光加工半导体材料提供参考。     

纳秒激光脉冲烧蚀金属铜的物理过程分析

为了研究强激光辐照金属靶材料的效应,用纳秒激光脉冲烧蚀金属铜,对表面特征进行观测以及对其物理过程进行分析。研究发现：纳秒激光脉冲对金属铜作用时,热量沉积在金属表面很薄（几个微米）的范围,使得其温度分布由外到内分别为超热、汽化和熔化状态,由于激光脉冲的快速沉积,会发生剧烈的沸腾性爆炸（相爆炸）效应,形成较深的坑状破坏,同...     

脉冲激光在陶瓷片中产生的奇异冲击波形

当脉冲激光辐照ＰＺＴ陶瓷片时,在适当条件下,激光在样品中所产生的冲击波形上呈现椭圆网状的奇异脉冲信号。根据所观察到的实验现象,我们认为它们是强脉冲激光辐照所产生的脉冲瑞利表面声波信号。     

关于二阶激光孔钻孔加工技术的研究与应用

激光钻孔加工技术的产生与飞速发展是PCB行业技术发展的显著标志,是PCB钻孔技术发展的革命。目前业界激光钻孔加工普遍使用CO2激光钻孔机,由于CO2激光能量受脉冲周期、脉冲波形、脉冲宽度、PCB表面处理工艺、激光孔的类别/结构等因素的影响,孔底树脂残留、孔形异常、孔底铜箔击穿、孔壁玻璃丝布突起等一系列品质问题随之而来,这其中,以“击穿爆孔”问题最为突出、危害最大。本文主要针对击穿爆孔的问题展开技术研究与改善。     

Fe-Ni恒弹合金激光冲击力学性能异化现象研究

为了研究激光冲击金属材料后,光斑中心区域材料力学性能异化现象,采用钕玻璃脉冲激光器产生的高能脉冲激光冲击强化型Fe-Ni恒弹合金(Ni42CrTiAl)材料。冲击后采用X射线应力仪对恒弹合金试样冲击区域表面进行了X射线衍射分析,测试了冲击区域残余应力分布情况。结果表明,在试样冲击区域产生了很高的残余压应力,且在光斑中心区域,残余应力值要略小于中心周围区域,出现了力学性能反弹现象。采用有限元模拟软件对冲击试验进行有限元模拟,进一步研究冲击诱导的残余应力分布情况;得到冲击区域有很高的残余压应力分布,且光斑中心区域的残余应力值小于其周围区域,模拟结果与测量结果一致。从冲击波运动、反射与逆向作用角度,探索了冲击区域中心出现的材料力学性能反弹现象的形成机理。这一结果对优化激光冲击强化过程和激光参量的选择是有帮助的。     

连续激光辐照硅太阳电池损伤特性的光束诱导电流表征

针对连续激光辐照硅太阳能电池的损伤特性,采用光束诱导电流(LBIC)成像方法进行表征,并对其毁伤特性进行了分析。首先采用波长为1 070 nm的连续激光聚焦在硅太阳能电池表面,诱导太阳能电池产生损伤,再通过LBIC系统扫描得到激光辐照区域的光电流分布图,进而分析太阳能电池的损伤情况。为了表征不同深度下太阳能电池的损伤情况,LBIC测量系统分别采用650 nm和980 nm波长激光作为探测光源。结果表明,1 070 nm连续激光辐照硅太阳能电池非栅线部位时,太阳能电池损伤首先发生在内部;随着功率密度的增加,在太阳能电池表面熔融前,电池内部已经产生了失效区域。当激光辐照太阳能电池栅线时,栅线会发生熔断,导致辐照位置远离电极引线一侧的光电流下降;严重时会使太阳能电池产生垂直于栅线的裂纹,使远离电极引线一侧的电池失效。该研究成果可为连续激光辐照太阳能电池损伤机理研究提供参考。