飞秒激光不锈钢表面陷光微结构的制备与性能研究

利用飞秒激光在高真空环境下,在316L不锈钢表面两次交叉扫描制备了周期性微纳结构,并研究了微纳结构对波长范围200~900nm的光波的吸收增强能力。样品表面微结构形貌与成分采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪测试。第1次扫描采用高能流激光,获得了微米级锥状钉结构,表面覆盖了典型的激光诱导周期性表面结构(LIPSS)。然后将样品旋转90°,采用能流为0.02J/cm2的激光进行第2次扫描,路径与第1次扫描相交。第1次扫描的结构中的LIPSS被第2次低能流激光打断纳米颗粒,从而与锥状钉结构结合形成双尺度微结构。反射率测试结果表明,这种双尺度微结构表面的平均反射率约为2.28%,为光滑表面平均反射率的3.42%。结合XRD分析结果,不锈钢表面获得强陷光性能主要归因于飞秒激光制备的微结构。     

飞秒激光不锈钢表面陷光微结构的制备与性能研究

利用飞秒激光高真空环境下,在316L不锈钢表面两次交叉扫描制备了周期性微纳结构,并研究了微纳结构对波长范围200~900nm的光波的吸收增强能力。样品表面的微结构的形貌与成分采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪测试。第1次扫描采用高能流激光,获得了微米级锥状钉结构,表面覆盖了典型的激光诱导周期性表面结构(LIPSS)。然后将样品旋转90°,采用能流为0.02J/cm2的激光进行第二次扫描,路径与第1次扫描相交。第1次扫描的结构中的LIPSS被第2次低能流激光打断纳米颗粒,从而与锥状钉结构结合形成双尺度微结构。反射率测试结果表明,这 种 双 尺 度 微 结 构 表 面 的 平 均 反 射 率 约为2.28%,为光滑表面平均反射率的3.42%。结合XRD分析结果,不锈钢表面获得强陷光性能主要归因于飞秒激光制备的微结构。     

飞秒激光烧蚀材料表面产生纳米波纹结构的实验

利用飞秒脉冲激光烧蚀可以获得远小于激光中心波长（775nm）量级的周期条纹．通过多脉冲飞秒激光烧蚀Ni、Al、Cu、Ti和Si等材料表面的实验,得到材料表面产生光栅的周期均小于飞秒激光中心波长;采用对比实验,改变入射光的偏振特性,发现波纹周期方向随入射光偏振方向的改变而改变;不改变激光偏振态、脉冲能量为4．2J／cm^2时,沿波纹周期走向,发现平台移动速度为0．1mm／s时,可获得清晰的551nm的金属周期结构;最后应用上述实验结果,在铜片表面制备了长为几十微米、周期为551nm的微纳光栅结构。     

飞秒激光空间选择性诱导玻璃微结构及应用

利用飞秒激光与玻璃的非线性相互作用，可以对玻璃进行空间选择性微观改性与修饰，赋予新的光功能．本文介绍飞秒激光的持点及其对玻璃微结构的改性，以及近年来利用飞秒激光进行玻璃的缺陷控制、光活性离子(稀土、过渡和重金属离子)价态操作、微晶析出与折射率调控及其在光开关、波分复用、波导型有源器件、光子晶体等微光学器件的制备及光学集成领域应用的进展．     

FBG光纤的飞秒激光刻蚀特性及传感应用

在布拉格光栅（FBG）光纤的包层中制作微槽,结合敏感材料提高了FBG光纤传感器的灵敏度,拓宽了其传感应用领域。利用飞秒（fs）激光对I型布拉格光栅光纤进行刻蚀,通过调节激光功率和辐照时间,分析光纤折射率变化以及光纤表面和内部结构的刻蚀特性,并探讨fs激光对光纤光栅微沟槽形貌和反射光谱的影响。实验结果表明,微槽表面由于碎屑的凝固而产生许多柱状结构,且随着激光能量的增加,柱状结构不断长大,槽深和形状服从高斯能量分布;随着激光功率和辐照时间的增加,反射率谱永久红移,带宽增加。利用微结构光纤增敏性能,有效提高微结构光纤光栅磁场探头和氢气探头的传感性能。     

飞秒激光与晶体材料相互作用的研究进展

综述了飞秒激光与各种晶体材料作用的现象,如双光子、多光子非线性吸收致上转换发光现象,各类微结构、色心结构等;阐述了飞秒激光与各种晶体的作用机制及在各方面的应用;展望了飞秒激光与晶体材料作用的应用前景.     

医用316L不锈钢表面微结构的飞秒激光制备及血液相容性研究

利用飞秒激光在316L不锈钢表面诱导制备血液相容性微结构,并从微结构的润湿性角度分析血液相容性改善的机理。随着激光能量密度的增加,在样品表面分别制备了单一的亚微米级典型激光诱导周期性波纹(LIPSS),以及两种双尺度结构,即覆盖了LIPSS的微米级波纹结构和锥状钉结构。硅烷化后的微结构样品表观接触角都超过150°,达到了超疏水性能要求,并且随着所采用激光能量密度的增强而增大,尤其是锥状钉双尺度结构的接触角达到了163.8°。采用了3种常规评价方法对微结构表面的血液相容性进行了评价,结果表明微结构表面的血液相容性显著优于光滑表面,且随着表面的表观接触角的增大而改善。     

利用激光超声技术研究表面微结构材料中瑞利波的传播特性

利用激光超声无损检测的实验方法,观察记录了瑞利波在具有不同表面微结构厚铝板中的传播过程,研究了表面微结构的声传输特性。对具有不同结构参数的微结构样品进行了分组对比实验,结果表明在一定深度范围内,表面微结构具有明显的分频效应。瑞利波中相对高频的部分被反射,反射信号通带带宽主要受制于微结构的深度,其能量主要受微结构宽度影响。相对低频部分沿表面继续传播,因此表面微结构同时具有一定的低通滤波效应。     

飞秒激光参数对硅橡胶表面结构与防冰性能影响的研究

目的 采用飞秒激光刻蚀硅橡胶表面,获得表面结构较优、润湿性能与防冰性能优异的超疏水硅橡胶表面。方法 通过控制变量,设计单因素试验,研究飞秒激光参数(填充间距、能量密度、扫描速度)对硅橡胶表面结构的影响规律。基于正交试验设计和极差分析获得使表面结构规整且表面粗糙度最大的相对最优工艺参数,研究飞秒激光参数对表面粗糙度的影响主次顺序。结果 飞秒激光刻蚀硅橡胶的相对最佳工艺参数如下:能量密度为5 J/cm²,扫描速度为200 mm/s,填充间距为20 μm。最优参数组下激光刻蚀的超疏水硅橡胶表面粗糙度达到最大值5.954 μm,具有规整的峰状凸起与微纳结构和优异的超疏水性能,水接触角高达165.3°,滚动角低至2.6°。该超疏水硅橡胶表面具有优异的防冰性能,在低温高湿环境下,与未处理的硅橡胶表面相比,结冰时间由67 s延长至312 s,冰黏附强度由39.6 kPa降低至7.4 kPa。超疏水硅橡胶还具有良好的循环除冰性能,经20次结冰/除冰循环后,冰黏附强度仍不超过20 kPa;此外,该表面还具有优异的耐腐蚀性能和良好的耐磨损性能。结论 飞秒激光增大能量密度和减小扫描速度会使激光刻蚀宽度增大,要避免纵向条纹,应控制填充间距不超过激光刻蚀宽度。激光参数优化后刻蚀出的超疏水硅橡胶表面具备优异的防冰性能,并且机械与化学稳定性较好,在恶劣环境中的防冰领域,具有广阔的应用前景。     

飞秒激光与金膜作用的脉冲累积效应

采用1kHz飞秒激光（脉宽148fs,中心波长775nm）对石英衬底的金膜的烧蚀过程进行了研究．单脉冲与多脉冲的烧蚀阈值可以通过烧蚀点的直径平方与所用的激光能流的关系曲线获得．通过累积能流和烧蚀脉冲数的关系,可以得到金膜的脉冲累积因子．采用飞秒激光加工材料的一些特点可以合理解释单脉冲阈值附近获得的一些实验现象．     

Surface Modification of Fluorine-Doped Tin Oxide Thin Films Using Femtosecond Direct Laser Interference Patterning: A Study of the Optoelectronic Performance

Transparent conductive oxides (TCOs) are used in solar cells not only to extract photogenerated carriers but also to allow sunlight to reach the photoactive material. Therefore, controlling the electrical and optical properties of such oxides is crucial for the optimization of the efficiency of solar cells. Herein, direct laser interference patterning (DLIP) method is used to control the surface morphology, optical and electrical properties of fluorine-doped tin oxide (FTO) by applying femtosecond laser pulses. The topography characterization reveals periodic line-like microstructures with a period of 3.0 μm and average heights between 20 and 185 nm, depending on the applied laser fluence levels. Laser-induced periodic surface structures are observed on the valleys of the texture aligned perpendicularly to the laser radiation polarization. A relative increase in the average total and diffuse optical transmittance up to 5% and 500%, respectively, is obtained in the 400–800 nm spectral range as a consequence of the generated micro- and nanostructures. Calculations of two figures of merit suggest that the texturing of FTO might enhance the efficiency of solar cells, in particular dye-sensitized (DSSCs). The findings of this study confirm that DLIP is a convenient technique for structuring electrodes for highly efficient optoelectronic devices.     

飞秒激光烧蚀MgAl2O4透明陶瓷的实验研究

实验研究了800nm飞秒激光与MgAl2O4透明陶瓷的相互作用，得到其在单脉冲、多脉冲情况下的损伤阈值和损伤面积，用CCD成像技术和扫描电镜观察了烧蚀点的形貌特征，用显微红外光谱仪测试了烧蚀区域的透过光谱．结果表明；单脉冲烧蚀条件下，烧蚀面积与脉冲能量近似为线性关系，而在多脉冲烧蚀条件下，烧蚀面积随着脉冲数量的增加呈近似波尔兹曼（Boltzmann）增大；当激光功率接近损伤阈值时，烧蚀后的区域在波数为2500-7000cm^-1范围内的红外透过率由82％提高到86％，当激光功率超过损伤阈值后，透过率降低20％左右．     

基于飞秒激光器光学频率梳的绝对距离测量

提出使用飞秒激光器的光学频率梳测量绝对距离的方法.将一个飞秒激光器作为绝对距离测量的光源,搭建迈克尔逊干涉结构,利用色散干涉原理进行相应的光谱分析,得到干涉光路的光学路径差引起的相位差,最终计算出干涉光路的光学路径差.实验结果表明我们的长度测量方法精确度高,分辨力达到纳米量级.最小测量距离达到9 μm,非模糊范围达到5...     

TC4表面单道与多道搭接激光熔覆自润滑涂层微观组织对比研究

在TC4表面预制Ni60/20%WS2粉末,分别采用单道与多道搭接激光熔覆技术制备了自润滑涂层。结果表明,多道搭接激光熔覆层比单道激光熔覆层更容易产生裂纹,开裂方向与扫描方向有一定夹角。多道搭接激光熔覆层和单道激光熔覆层的主要成分相同,都生成了润滑相、硬质相,但多道搭接激光熔覆层中的硬质相和润滑相分布的密度较小且组织较粗大。多道搭接激光熔覆层的显微硬度分布在800~1 000HV0.5之间,单道激光熔覆层的显微硬度分布在950~1 150HV0.5之间,前者显微硬度偏低一方面是由于单道激光熔覆层的细晶强化作用,另外一方面是因为多道搭接激光熔覆层的硬质相分布密度较低。     

Ti811表面单道与多道TC4激光熔覆层微观组织对比

按照CFM发动机维修手册的修复建议,在Ti811钛合金表面,利用同步送粉激光熔覆技术,制备了单道与多道搭接TC4激光熔覆层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等分析了涂层组织和相组成,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度。结果表明,单道涂层微观组织呈现魏氏体结构,由α-Ti组成的晶界中分布大量的针状马氏体α′和残留β′-Ti,涂层中弥散分布着10—150nm的纳米Ti_3Al;多道搭接涂层由基底α-Ti和均匀分布的Ti_3Al组成;单道涂层和多道搭接涂层的显微硬度相比基底都有所提高,单道涂层显微硬度最高为485HV_(0.5),多道搭接涂层显微硬度最高为510HV_(0.5)。     

激光熔覆NiCrAl-陶瓷涂层的显微组织研究

运用激光熔覆技术在40Cr钢表面制备了(TiO-2+B-2O-3+Al-2O-3+TiB-2)/NiCrAl金属陶瓷涂层,其中的TiB-2和Al-2O-3陶瓷颗粒在激光加工过程中原位反应生成;对熔覆层的组织、物相、元素分布和显微硬度分布特征进行了分析研究;熔覆层中的主相依次分别是γ|Ni,γ′,Al-2O-3和TiB-2,熔覆层的微观结构和硬度主要和激光处理参数和熔覆层化学组成有关［1～9］;陶瓷相的原位生成和加入,大大改善了熔覆层的硬度和覆层/基体界面的结合性能。