脉宽对飞秒激光烧蚀合金影响的数值模拟

运用结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光与B2结构镍钛合金相互作用的烧蚀机制。采用中心波长为800 nm,能量密度为29.3 mJ/cm2,脉宽分别为50、200、500、1 000 fs激光烧蚀90 nm厚度的靶材,并对靶材底部运用压力传输边界条件,表明传输边界条件能够运用于该数值模拟中。靶材温度、内部压...     

分子动力学模拟飞秒激光烧蚀CuZr非晶合金的机理

采用结合双温方程的分子动力学方法,数值模拟脉宽为200 fs,能量密度为30~45 m J/cm2的超快激光与Cu Zr非晶合金的相互作用过程。模拟结果表明:超快激光作用下Cu Zr非晶材料中原子加热速度比普通晶态金属慢得多;作用过程内部应力的演化表现为首先产生拉应力;并且随着温度与应力的演化,靶材内部产生空泡,空泡的平均大小和数目都与能量密度直接相关;靶材的烧蚀机制表现为机械破损,且烧蚀深度随着能量密度增大而增加。研究结果有助于更深入地理解飞秒激光与非晶合金相互作用机理。     

飞秒激光诱导石墨表面周期性纳米结构

介绍了使用近阈值飞秒激光(脉宽130 fs,中心波长800 nm)烧蚀高定向热解石墨(HOPG)的实验,研究了激光强度与烧蚀深度、激光强度与烧蚀面积之间的关系,计算得到石墨的烧蚀阈值为0.44 J/cm2.使用SEM观察样品表面的烧蚀凹坑,发现两种不同的周期性纳米结构,其周期分别为400 nm和100 nm左右.通过改变脉冲数量、激光能量等参数,分析了各种结构的形成条件.     

高功率脉冲激光产生的激波在靶材中的传播

脉冲强激光辐照固体靶材时,瞬间即可在靶材辐照面形成一个高温高压的等离子体层.该等离子体向外高速喷射,从而施于靶面一个压力极高的冲击加载,导致一系列向靶内传播的压缩波.随着激光的持续辐照,陆续传入靶内的压缩波会形成一个阵面陡峭的激波.当激光强度保持恒定时,施于靶面的烧蚀压力亦保持不变,因而此时靶内的激波阵面压力会维持一个平稳阶段.在激光与靶材作用的后期,由于激光功率密度减小,表面烧蚀压降低,因而将一系列稀疏波传入靶内,由于稀疏波以当地声速和波阵面后粒子声速之和的速度传播,则经过一段时间之后,稀疏波便赶上激波并与之迭加,其结果使得激波波阵面压力降低.激光激波在靶材中同样经历着增强、持续和衰减三个阶段.文中采用流体动力学模型,解析地描述了脉冲强激光辐照靶材时,激波的产生及增强、维持和衰减规律,给出了激波峰值压力、激波速度、激波波形的时空关系.     

GH4037镍基高温合金激光打孔相变过程数值模拟

为了更准确地研究激光打孔相变过程,基于流体传热和流体力学理论,建立了GH4037镍基高温合金激光打孔相变模型。模型中考虑了重力、粘滞力、反冲压力的作用,以及材料的固-液相变和液-气相变过程,通过数值计算得到了激光打孔相变过程的温度场和速度场。结果表明,气化材料的反冲压力可以加快熔池的流动,在激光功率为2000W、脉宽为1.70ms时,材料最大气化蒸发速率可以达到250m/s。该模型为进一步开展激光打孔研究提供了理论基础。     

飞秒激光烧蚀面齿轮的等离子体冲击波效应影响研究

针对面齿轮材料18Cr2Ni4WA在飞秒激光精微加工过程中产生的等离子体冲击波效应,建立了等离子体冲击波传播的压强方程、精微加工材料的波阵面温度模型。以脉宽、能量与离焦量作为变化参数,得到了冲击波传播半径随温度与压强的变化规律。试验验证了飞秒激光脉宽在300、500、800 fs时,单脉冲激光能量保持在15～25μJ,此时熔融层光滑平整,具有较好的烧蚀效果。相同脉宽下,过高的能量导致熔化材料过多,凹坑深度加深以致于排出效果降低,在凹坑壁形成高低不平的波峰。使用较高能量参数对材料进行变离焦量烧蚀时,随着正离焦量增大,边缘热影响区域增大。同时,等离子体冲击波对液态材料的排出效果由于离焦变化而降低。验证了等离子体冲击波效应模型,达到了实际烧蚀效果。     

短脉冲激光作用下金属材料中的热波效应计算分析

用一维模型,计算了脉宽为5ns、5ps两种情形的脉冲激光作用下铝和不锈钢靶材中的强瞬态热传导问题.对每种情况,分别基于经典傅立叶热传导理论和非傅立叶热波理论来计算温度场的分布及变化,并将得到的数值结果进行比较.发现当激光脉宽为ns量级时,经典傅立叶热传导和非傅立叶热波两种理论所得的结果基本一致,热波效应可以忽略;当激光脉宽为ps量级时,非傅立叶理论计算结果与傅立叶热传导的结果分离,显示出明显的热波效应.     

飞秒强激光超快烧蚀动力学过程的时间分辨研究

利用抽运-探测超快时间分辨阴影图方法研究了高强度飞秒激光脉;中烧蚀固体靶的动态物理过程.首次实验证实了40 J/cm2.50 fs激光脉冲烧蚀固体靶是一个同时涉及超快加热与超快光机械作用的复杂物理过程.该结果为深入揭示和理解超短脉冲激光烧蚀固体物质特别是金属材料的动态物理过程提供了新的关键性启示.     

光学材料在激光辐照下熔化、汽化相变烧蚀数值模拟

对光学材料激光辐照下传热、相变烧蚀,采用有限差分全隐格式,在相变区采用潜热叠加到比热的方法,编制了一维程序。研究了光学材料Si在不同功率密度、不同脉宽的激光辐照下的传热、相变烧蚀速度和深度。计算结果表明,相变烧蚀速度和深度定量决定于激光能量沉积率大小,也取决于热传导能量损失和相变潜热耗能之间的相互竞争关系。     

不同激光参数与真空中铝的冲量耦合

冲量耦合是高功率激光烧蚀材料过程中的一个重要物理现象,成为许多应用研究的物理基础,而激光对材料的冲量耦合大小直接与所采用的激光辐照参数密切相关.在真空中,冲量耦合仅由蒸发波决定,反冲压力存在时间主要取决于激光脉冲维持时间,因而冲量计算须考虑材料的非定常气化过程.利用非定常透明蒸汽模型,研究了真空条件下不同波长和不同脉宽激光与铝靶作用时的冲量耦合系数及随入射激光功率密度的变化关系,计算结果与实验结果符合较好.     

飞秒激光作用下金属箔材的温度场研究

为分析飞秒激光作用下金属材料的温度场及其影响因素,基于一维双温模型对飞秒激光作用下铜箔的温度场进行数值求解。采用脉宽100～800 fs,能量密度509.30～2 546.48 J/m2的激光参数进行计算,研究电子和晶格温度随时间和深度的变化规律。结果表明,电子温度在10-13 s时间尺度达到峰值,在此期间晶格温度保持不变,此后通过耦合作用二者在几ps时间尺度达到热平衡;脉宽越短,电子温升越快、峰值温度越高、耦合时间越短;而能量密度越大,电子温升越快、峰值温度越高、耦合时间越长。     

强激光驱动冲击波特性研究

描述了用于激光冲击强化中的激光驱动冲击波的产生、测量及在材料中的传播特性。讨论了激光功率密度的变化对冲击波峰值的影响。并对水作约束层时产生的等离子体环现象进行了解释。最后讨论了激光波长和脉冲宽度的变化对冲击波的峰值和持续时间的影响。     

啁啾补偿飞秒脉冲高效三次谐波产生

中心波长为800 nm、脉宽为60 fs、重复频率为10 Hz的飞秒激光分为强弱两束,能量较强一束经I类相位匹配的BBO晶体倍频,之后与另一束光非共线和频得到三次谐波输出.实验得出基频和倍频光能量达到最佳配比时,三次谐波的转换效率最大;系统输出激光携带一定负啁啾可以补偿色散,提高三次谐波的转换效率.最终,当基频和倍频光的能量分别为2.38 mJ和0.588 mJ,系统输出激光带有9.66×10<'3> fs<'2>的负啁啾时,得到了中心波长为267 nm、单脉冲能量为230μJ的三次谐波输出,其转换效率高达19%.     

光脉冲在光波导中传播的显式时域法

本文提出一种稳定的模拟光波导中波传播的显式时域方法,该方法以Dufort-Frankel法和变量代换法为基础,采用了显式的差分方法,计算快速,节省内存,行之有效;应用该方法在光波导中将500fs的光脉冲传播2mm,得出了光脉冲的瞬态值及波导参数对脉冲的影响情况。     

48 fs,108 MHz色散管理孤子掺Er3+光纤激光器

提出了一种基于商售光纤构建的适用于精密光谱光频梳应用的100 MHz重复频率色散管理孤子光纤激光器的设计方案.通过采用低负色散光纤调控重复频率、高正色散光纤增大腔内脉冲呼吸比,构建了重复频率为108 MHz、中心波长为1550 nm的基于正色散掺铒光纤的色散管理孤子光纤激光器,该激光器腔内净色散为-0.0023 ps2,直接输出脉冲宽度为70 fs,经光纤压缩后脉冲宽度为48 fs,且脉冲中心波长处在1550 nm.     

脉冲激光辐照小尺度空间碎片的影响规律

通过建立了激光辐照小尺度空间碎片的物理模型。仿真分析了小尺度碎片的速度增量与激光功率密度的关系,讨论了不同功率密度下激光的有效作用时间以及不同脉宽下激光冲击波的传播波形和到达位置;在此基础上,模拟分析了冲量耦合系数随不同激光脉宽和功率密度的变化规律。结果表明：速度增量随激光功率密度的增加而增加,激光冲击波波形随脉宽增加有明显展宽,且在激光功率密度、脉宽一定条件下短波长可获得更大的冲量耦合系数。     

激光冲击在LY12CZ中形成冲击波的研究

应用EMG201MSC准分子激光器通过石英压力传感器和2440瞬态存贮示波器并采用两种方式(瞬态存贮法和滚动法)测定了激光冲击LY12CZ中产生的冲击波.激光器的波长为1.06μm,脉宽为28ns,输出功率密度为1.06×108W/cm2.按照压电转化原理,计算出LY12CZ中形成的瞬态冲击波的量值处于MPa级,并分析和计算了冲击波的衰减方程.     

等离子体开关在TEA CO2激光倍频中的应用

简要分析了脉冲整形对于TEA CO2激光倍频实验的重要性和必要性。目前，获得短脉冲的激光脉冲整形技术中，等离子体开关结构简单，而且脉冲整形效果好，是获得高质量短脉冲比较好的方法。设计了利用激光触发气体击穿产生等离子体的方式进行脉冲整形的等离子体开关，并利用电磁波在等离子体中的反射和传播对其工作原理进行了说明。利用自行研制的等离子体开关进行了TEA CO2激光脉冲整形实验，将主峰半高全宽(FWHM)60 ns，带有长达数百纳秒的氮气拖尾的TEA CO2激光脉冲斩去拖尾、整形，得到了FWHM 30 ns的窄脉冲。在双块AgGaSe2晶体(长分别为11．7mm和19．5mm)倍频实验光路图中加入等离子体开关所得倍频转换效率达12．9％，比起未加等离子体开关时最高转换效率2％有明显的增加。     

激光加载下钛合金的层裂特性研究

为研究激光冲击钛合金层裂行为,利用ABAQUS软件建立了尺寸为16 mm×16 mm×0.2 mm的钛合金在强激光加载下的有限元模型,得到不同激光冲击波峰值压力与冲击波加载时间下的钛合金自由面速度曲线,并根据自由面速度曲线计算出钛合金的应变率及层裂强度.模拟结果表明,在激光能量为10 J、脉宽为5 ns时,钛合金达到了...