基于分光延时的脉冲激光波形调节方法研究

脉冲激光由于具有峰值功率高、脉冲宽度窄等特点，在激光致声、激光焊接等领域中得到了广泛应用。使用特殊波形的脉冲激光，可获得比单脉冲高斯激光更加优异的应用效果，因此脉冲激光波形调节方法具有重要的应用价值。针对这一需求，提出并实验验证了一种基于分光延时的脉冲激光波形调节方法。首先对脉冲激光分光延时叠加原理进行了理论分析，设计出基于两次分光的四脉冲分光延时叠加光路，确定了产生矩形、三角形、驼峰形和双峰形脉冲激光所需的分光比与延时。然后搭建了一套基于Nd∶YAG脉冲激光器的二倍频532 nm激光的四脉冲分光延时叠加实验装置，成功获得了矩形、三角形、驼峰形和双峰形等特殊波形的脉冲激光。     

铝合金连续-脉冲激光焊接工艺对比实验研究

为了研究5052铝合金激光焊接工艺,采用脉冲激光和连续激光分别对1.5mm厚的5052铝合金板进行了焊接,并对工艺参量进行了优化。通过对两种不同类型激光焊接试样的焊缝形貌的对比、微观组织的分析、抗拉强度和显微硬度测试,可知脉冲激光焊接对焊接接头气孔的控制更为理想,使得脉冲激光焊接所获得的焊接质量更加优异,与连续激光焊接相比,其接头的抗拉强度增加了10%。结果表明,脉冲激光焊接和连续激光焊接均可以使焊接试样得到较为理想的焊缝形貌和较高的抗拉强度。     

毫秒-纳秒组合脉冲激光辐照熔石英的温度场应力场数值分析

为了研究毫秒-纳秒组合脉冲激光辐照熔石英的温度场和应力场特征,基于热传导理论和弹塑性力学理论建立了二维轴对称几何模型,利用有限元分析软件对毫秒-纳秒组合脉冲激光辐照熔石英的过程进行了数值分析,得到了熔石英表面及内部的瞬态温度场和应力场的时空分布与变化规律.结果 表明:组合脉冲激光中,毫秒激光脉宽为1 ms、能量为120 J,纳秒激光脉宽为10 ns、能量为80 mJ,Δt=1.0 ms条件下毫秒-纳秒组合脉冲激光辐照熔石英出现温度最佳延时.观察总能量相同的组合脉冲激光与毫秒脉冲激光致熔石英的热损伤结果,得到最佳能量配比.研究结果表明,组合脉冲激光中,毫秒脉冲激光对熔石英产生热效应,纳秒脉冲激光对熔石英产生应力效应.     

短脉冲和连续激光对太阳能电池的损伤对比

为了研究短脉冲激光和连续激光对太阳能电池损伤的差异,采用波段内的短脉冲激光和连续激光进行辐照单晶硅太阳能电池的实验。通过观察电池被两种激光辐照后的损伤形貌,结合分析太阳能电池的结构,得到了短脉冲激光和连续激光对太阳能电池造成的损伤形式和成因,对比了两种激光对电池的损伤差异。研究结果表明:波段内短脉冲激光和连续激光对太阳能电池的损伤主要是依靠热效应,其中短脉冲激光对太阳能电池的损伤形式主要是热力损伤,连续激光对太阳能电池的损伤形式是热熔损伤。     

双脉冲激光诱导铝等离子体的双波长干涉诊断

双脉冲激光诱导等离子体在激光加工、元素检测、材料去除等领域有广阔的应用前景和发展空间,对其进行诊断具有重要意义。针对延迟双脉冲激光诱导铝等离子体的作用效果和影响机理,采用双波长干涉法对其时间演化规律展开研究。基于马赫-曾德尔干涉仪搭建了双波长干涉诊断系统,得到了双脉冲激光诱导等离子体干涉图。通过对干涉图的处理和分析,得到了等离子体电子密度随双脉冲激光延迟时间的变化规律。结果表明,随着双脉冲激光延迟时间的增加,第二束脉冲激光对等离子体电子密度的增强效果先加强后减弱。其中,双脉冲激光延迟时间为10 ns时,对等离子体电子密度的增强效果最强,在30 ns时刻,其中心区域平均电子密度可达6.49×1019 cm?3,相较于同等能量单脉冲激光诱导等离子体提升了26%。同时研究了延迟时间对第二束脉冲激光作用机制的影响。研究结果为双脉冲激光诱导等离子体的优化方向提供了参考。     

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。     

复合激光打孔最佳匹配参量的研究

为了有效提高激光打孔的速率和激光能量的利用率，采用长脉冲激光和短脉冲激光空间叠加打孔的方法，对复合激光打孔的最佳匹配参量进行了理论和实验研究。建立复合激光打孔最佳匹配模型，以熔融物的产生和去除达到平衡为准则，理论计算得出长脉冲激光和短脉冲激光的最佳匹配参量和最佳匹配情况下的复合激光打孔速率。同时进行了毫秒脉冲和纳秒脉冲的Nd:YAG激光器复合作用于5mm的不锈钢板的打孔实验。结果表明，在实验中得到的最佳匹配参量下，复合激光打孔速率相比于毫秒脉冲激光单独打孔最大提高了3.3倍。实验和理论模型均证明了复合激光打孔在最佳匹配状态下，打孔速率达到最大，激光能量得到充分利用。     

两种不同脉宽的激光对CCD的干扰试验分析

分析了CCD光电探测器受激光干扰的可能性、激光干扰的机理及其影响因素，给出了目标光电探测器光敏面所接收的激光功率密度的公式，并进行了激光对CCD的损伤机制分析，给出了对CCD的从饱和到致盲的一系列效应。最后通过实验装置对比了长脉冲和短脉冲激光对CCD干扰的影响，定性的得到短脉冲激光器的致盲效果更好的结论。     

BaF2晶体的激光损伤研究

对BaF2晶体在短脉冲、长脉冲和连续激光实验条件下进行了激光损伤和抗激光加固的研究,报道了不同实验条件下的激光损伤阈值、损伤形貌和加固效果,并对加固机制和激光损伤机理进行了分析.     

复合脉冲深度激光打孔的实验研究

为了进一步提高激光在金属厚板上深度打孔的速率,针对5mm厚不锈钢板,采用高峰值功率短脉冲串叠加大能量长脉冲的双光束复合激光打孔方法,建立了复合脉冲激光打孔的理论模型,提出大能量长脉冲激光束的主要作用是熔化金属,排出金属熔融物主要靠高峰值功率密度的激光脉冲串,并研究了脉冲能量、脉冲宽度、打孔方式等不同激光参量下的激光打孔效果。结果表明,与长脉冲激光单独激光打孔相比,复合脉冲激光打孔能大幅减小穿孔时间,对脉宽2ms、单脉冲能量2.9J的长脉冲,复合脉冲打孔速率提高2.3倍,所需能量减少20%,且脉冲能量越大,脉冲宽度越窄,打孔速率越快。此研究为复合脉冲打孔的激光器选择提供了依据。     

同步泵浦声光调Q全固态脉冲激光器

本文首次提出了同步泵浦声光调Q全固态脉冲激光器，分析了其基本理论，设计并实现了这种新型激光器。它克服了现有小型全固态脉冲激光器存在寄生多脉冲和峰值功率还不够高的缺点，用2W LD的泵浦时，得到了重复频率为4．5kHz、峰值功率为6kW、脉宽为18ns、无寄生脉冲的连续脉冲激光输出，可以较好地满足激光测距和激光雷达对此类激光器性能的要求。本文对实验方案、设备和结果进行了详细的描述。     

一种新型脉宽编码激光器的理论研究

针对传统的激光脉冲编码激光器通常采用脉冲重复频率编码易受干扰的技术现状,提出了采用脉宽可调激光器进行激光脉冲宽度编码的新构想。并由此进一步提出了一种采用快速电光削波技术的脉宽可调激光器作为脉宽编码激光器的实现方案,这种脉宽编码激光器由种子激光源,电光削波组件及激光放大器组成,用可编程控制器控制延迟电路来改变普克尔盒电极上的电脉冲宽度,最终实现输出激光脉冲的脉宽可调。完成了这种脉宽编码激光器及其实验系统的理论设计。初步的分析结果证实了该方案的可行性。     

机载激光雷达探测大气气溶胶时人眼安全的数值分析

采用美国ANSI标准,定量分析了机载环境激光雷达进行气溶胶探测时激光脉冲眼睛安全最大阈值能量、激光束发散角及高度的关系;计算了当1064 nm和532 nm激光脉冲能量相等时不同高度上激光脉冲眼睛安全最大阈值能量;同时模拟计算了激光脉冲眼睛安全系数SL与1064 nm和532 nm的激光脉冲能量、高度的关系,为我国第一台机载大气探测激光雷达探测气溶胶提供了激光脉冲能量设置的理论依据.     

电子束泵浦XeCl准分子激光器输出特性

为了确保窄脉宽XeCl准分子激光系统获得高峰值功率紫外激光脉冲,实验研究了紧凑型四向电子束泵浦XeCl准分子激光器的输出特性。通过调节激光腔室气体介质的总气压和气体摩尔比、激光器的充电电压、二极管阳极钛箔厚度等参数,发现了激光能量随以上条件的变化规律,分析得到了激光器运行的最佳条件。在最佳条件下XeCl准分子激光器的脉冲能量大于100 J、脉宽约200 ns,电光效率约为5.81。另外,通过改变激光器内部Marx发生器的开关气压,研究了紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器输出激光脉冲的延迟抖动特性,发现激光脉冲的延迟抖动可优于20 ns。研究结果表明:紧凑型电子束泵浦XeCl准分子激光器可实现脉冲抖动小于20 ns、103 J的高能紫外激光输出,可满足窄脉宽XeCl准分子激光系统运行的需要。     

采用小孔等离子体开关实现TE CO2激光窄脉冲整形

典型的TE CO2激光脉冲,通常由高功率窄脉冲（100 ns）和低功率长拖尾部分（3~5 s）组成。采用一种简单的小孔等离子体开关技术可以实现对低功率长拖尾部分的有效吸收和散射,保留需要的高功率窄脉冲前沿部分,达到激光脉冲压缩和整形目的。详细研究了小孔位于不同离焦距离时整形激光脉冲波形的变化,获得了整形激光脉宽、能量与离焦距离的变化关系,实现了50~110 ns的窄脉冲CO2激光输出。进一步研究发现,小孔等离子体开关的使用寿命主要由激光脉冲能量、重复频率、整形脉冲宽度决定。通过该技术实现的窄脉冲CO2激光可以用于极紫外光刻等离子体光源、激光雷达等领域的研究。     

强激光打靶产生电磁脉冲特性与传导防护研究

为了降低电磁脉冲的场强大小,加强强激光打靶产生电磁脉冲的传导防护性能,提出了强激光打靶产生电磁脉冲特性与传导防护研究.由于强激光打靶产生电磁脉冲对各种电子设备和电气设备都会造成一定威胁,采用双指数函数,分析了强激光打靶产生电磁脉冲的时域波形频谱,完成了强激光打靶产生电磁脉冲的特性研究;为了消除强激光打靶产生的电磁脉冲波...     

基于TDC-GP1的铜蒸气激光脉冲同步控制器的研制

为了实现铜蒸气激光振放链脉冲同步,设计了一种基于TDC-GP1的激光脉冲同步控制器。系统以W77E58单片机为核心,选用高精度时间间隔测量芯片TDC-GP1,有效解决了铜蒸气窄激光脉冲延迟纳秒量级的测量问题;采用对脉冲信号进行微积分的方法,确定了稳定的测量点,解决了铜蒸气激光脉冲幅度变化对脉冲延时测量的影响。实验表明,激光脉冲同步控制器可以对激光脉冲实现同步闭环控制,能够将脉冲延迟精度控制在1ns范围内,确保了输出激光功率的稳定性。     

钙离子和溴化亚铜共振亚稳跃迁激光脉冲的研究

铜蒸汽激光器是一种典型的共振亚稳跃迁激光，通常认为其激光脉冲出现于电流脉冲的前沿。实验研究表明，钙离子激光冲在各种上始终在电流脉冲的前沿,而对于CuBr激光，其脉冲的延时时间与工作温度有关。由于工作物质铜原子是通过分解CuBr成为铜离子，再由铜离子复合成铜原子，故工作温度较低时，复合系数较大，造成激光脉冲的延时时间变长，而当工作温度较高时，复合系数变小，使激光脉冲提前。     

宽带KrF激光抽运SF6受激布里渊散射的脉宽稳定性

从理论和实验上对利用宽带KrF激光抽运SF6产生的受激布里渊散射(SBS)的脉宽稳定性进行了研究。获得了受激布里渊散射脉宽稳定性随抽运功率密度稳定性、抽运脉宽稳定性及介质气压变化的规律。发现受激布里渊散射脉宽的稳定性与抽运激光的稳定性直接相关,抽运激光的稳定性越好,获得的受激布里渊散射脉宽相对稳定性也越好。抽运光脉宽和能量的不稳定都会造成所产生的受激布里渊散射脉宽不稳定。在较低抽运功率密度情况下抽运光脉宽和能量的波动对受激布里渊散射脉宽稳定性的影响都不可忽略,但在较高抽运功率密度情况下受激布里渊散射脉宽稳定性主要受抽运光脉宽波动的影响。对结果进行了分析和讨论,获得脉宽稳定性较好的受激布里渊散射输出的条件是,使用脉宽稳定性较好的抽运光和在保证没有其他非线性效应产生的情况下,尽可能提高抽运光的功率密度和介质气压。