Optical probing of surface acoustic waves

Light diffraction by surface acoustic waves is used in studying the propagation characteristics of Rayleigh waves on y-cut z-oriented LiNbO3. In reflection, only the surface deformation contributes to the diffracted light. In transmission, the photoelastic effect, which is incident beam polarization dependent, must also be considered. Such optical probing has been used to study the Fresnel diffraction radiation pattern of an interdigital transducer, to measure beam steering effects related to transducer misalignment on an anisotropic substrate, and to measure reflection and transmission coefficients of an electrically loaded transducer. Attenuation measurements have been made over frequencies as high as 3.5 GHz. The power dependence of attenuation and harmonic generation is also examined.     

激光声表面波的若干应用研究进展

声表面波在其传播过程中能量主要集中在波长量级的表层内,因此主要受固体表层性质影响.而激光激发的声表面波在具有声表面波的一般特点的同时又具有激光超声的非接触、宽带、空间分辨率高等优点,因此可将其应用于表面残余应力检测,薄膜弹性性质表征及表面和亚表面缺陷检测等方面.文章简要地对激光声表面波在这些方面应用的原理及其研究进展情况作一介绍.     

激光激发材料中近场声表面波的数值模拟

用有限元方法数值模拟了激光热弹机制下激发材料中的声表面波,分别建立了激光照射无表面缺陷的材料以及含有矩形凹槽缺陷情况下声表面波激发与传播的模型,通过数值计算分别得到了无表面缺陷和存在不同深度表面缺陷的情况下,位于激光光斑辐照半径内固定一点的垂直于材料表面方向的位移曲线.进而计算了固定缺陷尺寸情况下位于入射激光光斑半径之外几百微米范围内各点垂直于材料表面方向的位移.     

Depth measurement of the periodic grooved reflectors of surface acoustic waves using the laser probing

An optical method for depth measurement of the periodic grooved structures that serve as reflectors of surface acoustic waves (SAWs) is presented and analyzed. The method is based on the diffraction of the laser beam on a system of the SAW reflection elements. The measurement method is theoretically validated, and the experimental results are presented.     

Calibration-free heat source localisation in ICs entirely covered by metal layers

The localisation of devices that generate periodically activated hot spots in a CMOS IC comprising five metal layers and metal fills is addressed. The feasibility of using the phase shift of the displacement of the uppermost metal layer due to thermal expansions is demonstrated.     

基于热效应飞秒激光诱导LiNbO3表面结构的研究

为了研究飞秒激光与铌酸锂表面作用过程中热效应对其表面的影响,采用重复频率为25MHz、脉宽为100fs、平均输出功率为500mW的紧聚焦飞秒激光对铌酸锂表面进行刻蚀.通过建立热扩散理论模型,模拟重复频率25MHz的飞秒激光在刻蚀点的温度场分布,并通过电子显微镜对刻蚀点的形貌进行分析,发现刻蚀点从内至外形成了3种大小不同、排列疏密不同的颗粒状结构区域,且中心区域被高温烧蚀并伴有裂缝产生.通过能量色散谱仪对刻蚀点的3种不同结构区域中Nb和O元素的相对含量进行测量,结合刻蚀点的温度场分布、形貌和元素含量进行了分析.结果表明,Nb和O元素在温度场的驱动下向外扩散;两者的相对含量对刻蚀点的表面结构具有极大影响.这一结果对高重频飞秒激光刻蚀铌酸锂物理机制及应用的研究是有帮助的.     

飞秒激光烧蚀石英玻璃所激发的内部应力波

通过重复采样和泵浦探测的实验方式,对飞秒激光烧蚀石英玻璃的内部动态过程进行了实验研究,获得了石英玻璃内部的时间分辨阴影图像.实验结果表明,在不同的延迟时间下,石英玻璃内部依次出现了多个应力波,并通过测量应力波的位置获得了其速度的实验演化规律.这些结果直观地展示了飞秒激光与物质之间相互作用中,材料内部的动态行为.     

Direct frequency modulation of a semiconductor laser by surface acoustic waves

Frequency-modulated signals in the output of a semiconductor laser are generated by applying surface acoustic waves to the device. The SAW modulator is discussed and theoretical and experimental results are compared.     

强激光诱导冲击波的实验研究

为了提高利用激光冲击波改进材料性能的技术,采用响应快、测量范围大的绝缘膜组合式高聚物压电传感器和示波器对激光诱发的冲击波进行了研究。通过测量无约束层和有约束层时的压电波形,得出相应的激光冲击波波形并进行比较。结果表明,有约束层时激光冲击波的脉宽是激光脉冲宽度的3倍左右,峰值压力较无约束层时明显提高。激光冲击波在不锈钢材料中的平均传播速度为5.72×103m/s,与声波纵波的传播速度一致。     

Optical scattering in a nematic liquid crystal induced by acoustic surface waves

A standing acoustic-wave pattern at 2.6 MHz is displayed in a nematic liquid-crystal film on a piezoelectric substrate. The striations are visible because the liquid crystal is optically anisotropic, because of the acoustically induced turbulence. This result has implications for liquid-crystal display systems.     

脉冲激光大气传输热晕数值分析

由于大气通道上介质对激光能量的吸收,改变了大气折射率,形成自散焦负透镜,从而产生热晕。热晕使激光发生畸变,限制了激光能量在大气中的有效传输。以准直高斯光束为例,模拟单脉冲和序列脉冲激光大气传输,对均匀风场和无风两种情况下激光在不同靶程光束截面的光强分布进行了数值分析。结果表明：长脉冲比短脉冲受到非线性热晕效应影响大;序列脉冲存在一个最优化脉冲间隔,使上靶光强存在20%~30%的涨幅。最后,在没有采用自适应光学系统对畸变进行补偿的情况下,提出了采用脉冲间隔适当的序列短脉冲传输来提高激光传输能量的方法。     

激光脉冲和放电脉冲产生冲击波的研究

提出使用调Q激光脉冲和直流放电脉冲的复合效应在金属靶中产生冲击波.试验表明,这种新方法显著改善了先前的仅用激光脉冲产生冲击波的技术.     

激光脉冲和放电脉冲产生冲击波的研究

提出使用调Q激光脉冲和直流放电脉冲的复合效应在金属靶中产生冲击波.试验表明,这种新方法显著改善了先前的仅用激光脉冲产生冲击波的技术.     

Resonant phenomena in laser excitation of surface waves on solids

Excitation of surface waves by a moving laser beam has been studied both theoretically and experimentally. Using periodic surface structures as an example, it is demonstrated that the type of excited wave and the rate of its growth depend resonantly on the beam velocity. Experimental data show that resonant excitation of different periodic surface structures can change the spatial distribution of the absorbed laser energy     

激光诱发板材热应力成形技术及其研究现状

概述了板材激光热应力成形技术的发展现状,分析了板材激光热应力成形的主要影响因素,综述了激光束参数、材料的性能及工件几何尺寸对激光热应力弯曲成形的影响,概括了激光热应力成形工艺的一些规律.为了能使板材激光热应力成形技术应用于生产,在总结前人研究成果的基础上,指出了板材激光热应力成形工艺存在的关键问题,并提出了目前板材热应力成形技术应用于生产所需要研究的内容.     

激光声表面波检测材料表面微缺陷数值研究

采用平面应变的有限元模型数值模拟了激光线源辐照铝板表面激发出的声表面波的时域波形,比较了不同接收位置得到的位移信号的模式组成;同时研究了激光线源辐照区域近场存在表面微缺陷时产生的时域波形。数值结果说明：当激光源靠近表面微缺陷时激发出的声表面波模式中掠面纵波与瑞利波的位移信号均由典型的单极性迅速转变为显著的双极性特征,且瑞利波的峰-峰值将增加两倍左右,位移信号强度的显著变化为利用扫描激光检测材料表面微缺陷提供了理论依据。     

Remote probing of atmosphere and wind velocity by millimeter waves

A technique is developed to probe the atmospheric turbulence strengthC_{n}^{2}and the wind velocity along a path using millimeter waves as a tool. Data obtained in a line-of-sight millimeter-wave propagation experiment are processed and used as the source of information. The averagedC_{n}^{2}and wind velocity together with their gradients along the propagation path are calculated by inverting a set of integral equations. A numerical method is used to yield the least-square-error solutions. Comparison is made between the theoretically calculated wind velocity over a 33-hour period and that measured by a conventional anemometer.     

强激光辐照光学材料的热力效应研究

在建立强激光辐照光学材料物理模型的基础上,采用解析解的形式计算了高斯型连续激光照射圆柱形靶板的三维温度场以及相应的应力分布。分析了高斯光束作用时,环向热应力最大值及其作用时间的关系,指出三维时,“热扩散长度”的概念不再适合。通过数值分析给出了与特定参量相对应的拟合公式,并计算出相应的损伤阈值。对理论计算与实验结论进行了比较,验证了理论模型的合理性。     

激光诱发热应力成形的研究

研究了低碳钢板料的激光诱发热应力成形行为。结果表明,对于多道扫描激光成形工艺,诱发热应力成形角度受到许多工艺参数的影响,线能量是激光诱发热应力成形的主要影响因素。其中,激光功率、光束直径、扫描速度、扫描次数、板料厚度等参数的效应尤其显著。通过对试验结果的定性分析,所得的结论可以为激光诱发热应力成形技术的进一步理论研究和可能的工业应用提供依据。     

飞秒激光诱导TC4表面微观组织研究

为探究超快激光对金属材料的烧蚀特性,利用飞秒脉冲激光加工TC4,研究加工后TC4表面的形貌特点,分析飞秒激光加工金属的作用机理。当激光能量密度为8.05 J/cm2时,用白光干涉和扫描电镜观察不同扫描速度下材料表面的形貌变化。随着扫描速度的降低,表面条纹变深,条纹上方的二级微纳凸起尺寸增大,粗糙度增加,条纹侧面出现经典低空间频率条纹。从高斯光束特点和光斑重叠率角度对各种形貌的形成机理进行分析,高斯光束光斑中心处能量密度高,条纹上方形成凸起,侧面形成经典条纹;当光斑重叠率越大,单位面积内能量密度就越大,表面微结构尺寸也随之增大。