基于离轴光学系统的水导激光耦合技术研究

在水导激光加工中,聚焦激光与微细水束的耦合对准效果是实现水导激光稳定加工的关键。为了提高水导激光的耦合对准精度,提出了一种新的耦合对准方法,即采用一种双透镜离轴光学系统,系统中一透镜进行轴向移动从而调节束腰轴向位置,另一透镜与喷嘴一起进行径向移动从而调节束腰径向位置。该方法可以有效提高对准装置的分辨率,从而实现高精度的耦合对准。对该方法进行了理论分析,并根据理论分析进行了实验装置的设计。实验结果表明该方法将耦合对准装置的径向分辨率提高了5倍,与预期设计相符。应用该方法成功将激光耦合进入直径100 m的喷嘴中实现水导激光加工,该方法也是离轴光学系统的一个创新应用。     

水导激光微加工机理与研究进展

随着我国航空航天、微电子和医疗等领域的快速发展,组成元件逐步迈向微型化和精细化,这对零部件的切割以及微米级孔、槽等结构的加工质量和加工精度提出了更高要求。与传统的机械加工、电火花加工和电化学加工相比,激光加工可实现“非接触”加工,加工材料的适应性好、柔性大。但单一的激光加工得到的切口存在明显的锥度,且易出现热影响区、毛刺、裂纹等缺陷。水导激光加工技术利用水射流“同轴”全反射导引激光,兼具高质量和高效加工的优势,因而得到了广泛研究和应用。为对水导激光加工技术进行较为详尽的综述,本文首先讨论了水射流的形成、衰减和发散过程,然后从水的光学特性、全反射形成条件以及耦合能束传输等方面对激光-水射流耦合进行了分析,最后介绍了水导激光在金属、半导体以及复合材料等领域的应用现状,并针对现有技术的不足,对其发展趋势进行了展望。     

万瓦级激光光闸耦合失效的安全控制方法

为了解决万瓦级激光光闸耦合效率实时监测的难题, 采用通过实时探测光闸输出端工作光纤内部的后向散射光来监测耦合效率从而防止其耦合失效的安全控制方法, 仿真并建立了耦合偏差与后向散射光光强信号之间的映射规律与模型, 并基于此设计了相应的光闸耦合失效的安全控制系统。结果表明, 高功率激光光闸在安全控制系统的保证下能长期承载12kW以上功率, 并且耦合效率稳定在98%以上, 证明了该方法的有效性。该研究可以保证万瓦级激光光闸长期工作的高效性、稳定性及安全性, 促进我国激光制造领域关键部件的自主化。     

大功率激光光纤耦合技术研究

简要介绍了大功率激光光纤耦合技术的六个主要的研究方向。包括 :光纤的选择与光纤端面处理、激光光纤耦合条件、聚焦透镜组合的选择、透镜像差的影响、光束与光纤失准引起的耦合效率下降以及透镜的热透镜效应。     

激光传能系统用激光能量转换器的研究与设计

针对远距离激光传能及光电转换问题,通过对传输过程中光纤损耗、波长选择、光电转换材料匹配等影响系统传输效率的各环节因素进行分析,采用在半绝缘InP衬底上外延生长InGaAs PIN的方式设计了光电转换芯片,并对芯片结构及互联工艺进行了优化,最终成功研制出了高效激光能量转换器。试验结果表明,在1550 nm激光照射的条件下,该激光能量转换器的光电转换效率能够达到28%。     

水导激光加工K424高温合金热损伤机制研究

为研究水导激光技术加工K424高温合金的热损伤区规律,使用自主研发的水导激光加工系统对K424高温合金薄片进行打孔实验,采用旋切法进行钻孔,并在激光穿透材料后在孔壁继续旋转几圈去边缘毛刺.将切下的圆形工件进行镶嵌、打磨、抛光、腐蚀和清洗,使用Zeiss EVO 10扫描电镜观测工件上的热影响区情况与重铸层的厚度.实验结...     

大气中激光烧蚀铝靶冲量耦合系数实验研究

研究了激光与铝靶相互作用过程中,大气中激光功率密度与铝靶获得的冲量耦合系数的关系,通过改变激光聚焦在靶面上的光斑大小,得到冲量耦合系数与激光功率密度的关系。实验结果表明,当入射激光功率密度为3.47×106W/cm2时,铝靶获得的冲量耦合系数最高。该入射激光功率密度最佳值与理论计算值6.14×106W/cm2符合得较好。用激光支持爆轰波(LSDW)与固体靶相互作用的二维模型理论计算得到的冲量耦合系数与实验结果比较,二者趋势相同,定量比较有较大差别,原因是所用激光光斑面积偏大,不能按照该理论的点爆炸模型来计算。     

水平链路激光广播技术的功率传输方法与验证

当前传统点对点激光通信技术已经得到了长足进步,为了探索在有限范围内实现局域激光广播的有效手段,提出了一种适用于短距离水平链路激光广播的有效方法,设计了相应的验证性广播通信系统,并在光功率最优分配的角度上对激光广播进行了系统建模研究。首先,从光功率衰减的角度对激光扩束理论模型和平行光幕理论模型进行了分析和对比,揭示了平行光幕通信模型的光功率损失模型;其次,结合高斯光束光学成像变换理论模拟了平行光幕的远场场强分布情况,通过一个领先的光学和照明设计软件,揭示了光幕远场分布与传输距离的关系;最后,通过在不同信道环境下的野外通信实验验证了平行光幕理论模型的优越性与可行性。     

光空分多址式无线激光通信组网中空间光-光纤阵列耦合技术研究

为了满足建设低功耗、轻小型空间激光通信网络的需求,提出了基于逆向调制原理的光空分多址式无线激光通信组网方案.应用ZEMAX软件设计像方远心镜头,实现收发光束的逆向通信.通过离焦方法进行光斑扩展,提升空间光-光纤阵列的耦合效率,并用MATLAB软件进行仿真.结果表明:对于纤芯/包层/涂覆层直径为105 μm/125 μm...     

基于双缝干涉水导激光打孔的仿真研究

水导激光加工技术具有热效应小、精度高、无刀具损坏等优点,被应用到高精度元件的加工中。为减小激光聚焦光斑直径以利于激光与水射流的精确耦合、提高激光孔的质量,提出了基于双缝干涉原理以减小激光聚焦光斑直径的方法。构建了传统水导激光和双缝干涉水导激光打孔的几何模型和数学模型;基于COMSOL分别进行仿真,对比和分析了在激光束参数、加工条件均相同的条件下,传统水导激光和双缝干涉水导激光打孔时对激光孔轮廓的演化、热影响区域分布和重铸层大小的影响。结果表明:与传统水导激光相比,采用双缝干涉水导激光加工技术能有效地减小激光孔直径、锥角、热影响区域宽度和重铸层大小,在现有条件下进一步减小激光聚焦光斑直径。     

激光制导武器半实物仿真中激光能量模拟误差研究

激光制导武器半实物仿真中通过对激光能量精确控制,来逼真模拟战场环境下激光导引头接收到的激光能量。需要对激光能量模拟误差进行分析研究,以保证半实物仿真的可信度。重点分析了半实物仿真中激光信号传输的全过程,给出了激光信号传输各环节引起的能量控制不确定度;提出了激光能量密度模拟误差模型和误差分析方法,举例说明了该误差分析方法的具体应用,并设计实验验证了模型准确性。根据误差分析模型,可有效评估激光能量密度模拟误差,优化仿真想定设计,保证半实物仿真结果精度。     

基于分离模块航天器的激光输能技术研究

随着航天任务的日趋复杂化,航天器能源需求越来越高,将激光输能技术运用于航天器能源供给越来越受到重视。针对当前地基激光输能技术的发展现状和不足,本文从分离模块航天器的设计理念出发,研究了一种基于模块化航天器的天基激光输能技术。介绍了这种天基激光输能的输能模式和输能过程,分析了其相对于地基激光输能的优势。根据当前激光技术和航天技术的发展现状,分析了实现天基激光输能方式需要解决的五个关键技术,为分离模块航天器的能量供给提供了一种新的解决方案。     

水柱导引抽运光纤激光器端面热效应分析

为了解决大功率光纤激光器严重的端面热效应问题,采用水柱导引抽运光的抽运新方法.在该抽运形式中,抽运光被耦合进由喷嘴喷出的高速水柱中,水柱以波导形式导引抽运光进入光纤.对普通端面抽运和水柱导引抽运两种抽运形式的双包层光纤激光器的抽运端的热效应进行了理论计算和分析比较,抽运功率为800W时,光纤端面温度从普通端面抽运时的250℃下降到30℃,基本接近环境温度,光纤侧面的温度也大大地降低.结果表明,水柱导引抽运冷却效果显著,特别是光纤的抽运端得到了很好的冷却,可有效地解决大功率光纤激光器的端面热损伤问题.     

水柱导引抽运光纤激光器端面热效应分析

为了解决大功率光纤激光器严重的端面热效应问题,采用水柱导引抽运光的抽运新方法。在该抽运形式中,抽运光被耦合进由喷嘴喷出的高速水柱中,水柱以波导形式导引抽运光进入光纤。对普通端面抽运和水柱导引抽运两种抽运形式的双包层光纤激光器的抽运端的热效应进行了理论计算和分析比较,抽运功率为800W时,光纤端面温度从普通端面抽运时的250℃下降到30℃,基本接近环境温度,光纤侧面的温度也大大地降低。结果表明,水柱导引抽运冷却效果显著,特别是光纤的抽运端得到了很好的冷却,可有效地解决大功率光纤激光器的端面热损伤问题。     

激光输能光电转换增效方法研究现状

光电转换效率是激光输能技术的重要指标,如何提高光电转换效率是目前激光输能技术研究的重点。在光电转换基本原理的基础上,分析了光电转换效率的影响因素,介绍了光电转换增效方法,以期为解决光电转换效率较低问题及推进激光输能技术实用化提供参考。     

红外激光与微水束耦合对准工艺研究

红外激光与微水束耦合划切技术是激光划切应用的前沿领域,在硅晶圆、宝石、陶瓷等材料高精度切割方面具有优势,有效地减小了材料的热损伤和熔渣残留。红外激光束与微水束的耦合对准是研究的关键技术。为保证微水束光纤与激光光束耦合的效果,本文设计了高精度三维耦合对准调整结构,结构主要由准直聚焦光路系统、微孔CCD观测系统、二维微位移平台、耦合装置组成；研究了汇聚激光焦平面与微水束起始端(喷口元件)共面调整的关键工艺和激光光束与喷口元件对准的关键工艺；提出了借助屏幕十字线实现两次对准的工艺方法。经试验验证,微水束耦合激光长度稳定,质量良好,可实现对硅基衬底晶圆等材料的高效无损、高精密划切。     

架空线路异物激光清除技术研究

为了解决传统工具和方法难以经济、高效、安全地清除架空输电线路异物的问题,提出了陆基定向能红外激光远程切割清除架空线路异物的方法,并进行了理论分析、有限元仿真和实验验证。基于上述研究,研制了架空线路异物激光清除设备,并进行了模拟实验和现场工程应用。结果表明,清除异物所需最小功率密度为20W/cm2,该功率密度的激光对导线不会造成损伤。该设备可远程、快速、带电、安全地清除架空线路异物。     

采用捷联激光探测器的制导火箭比例导引实现方法

围绕制式火箭弹精确制导改造的需求,提出了一种采用捷联激光探测器和比例导引的火箭弹制导控制方案。针对捷联探测器只能测量弹轴相对于目标的偏差角而无法提供比例导引所需的惯性视线角速度信号的难题,研究了基于捷联探测器测量的误差角和弹体姿态角速度信号的弹目视线角速度信号提取算法。在制导控制系统内部,基于自动驾驶仪与制导律相匹配的原则,设计了两回路过载自动驾驶仪。无量纲脱靶量分析与攻击静止目标的弹道仿真结果验证了所提方案的可行性。