用于低成本光声成像的纳秒激光驱动器设计

为满足光声显微成像的信噪比、分辨率、成像深度等要求,使用高速大功率场效应管作为开关,以激光二极管代替典型光声显微成像常用的脉冲光参量振荡器(OPO)和染料激光器(dye laser),设计了一种低成本、结构紧凑的纳秒级激光脉冲驱动器;介绍了驱动器的电路结构,并进行仿真测试。结果表明:所得驱动电路同时适用于连续和脉冲激光二极管;过驱动激光二极管可以产生的电流重复频率50 kHz,最小脉宽约6 ns,峰值电流约50 A,单脉冲能量约200 nJ;激光脉冲的重复频率、脉冲宽度和脉冲能量均可以满足生物组织血红蛋白的显微成像要求,提高了成像速度,降低了激光器的使用复杂度,驱动器整体结构更加紧凑,同时大幅降低了光声显微成像成本。     

ZnS薄膜在532nm波长激光辐照下的光谱透射及激光损伤特性

为探究ZnS薄膜的激光辐照效应,采用热蒸发沉积技术制备了ZnS薄膜,探究了薄膜在532nm波长激光诱导辐照下,不同能量阶和不同脉冲数对薄膜折射率、消光系数、损伤形貌、表面粗糙度和激光损伤阈值的影响。研究结果表明:ZnS薄膜的平均损伤阈值为1.59J·cm-2,用平均阈值能量的60%对薄膜进行辐照处理后,可将ZnS薄膜在532nm处的折射率从2.360 4提高到2.384 9 (15脉冲辐照)。用5脉冲辐照薄膜表面后,薄膜的消光系数会随着激光能量的增加而减小。532nm激光辐照下,ZnS薄膜经历了从轻度损伤到极度损伤的缓慢演变阶段。在5脉冲的基础上,增加激光的辐照能量会使薄膜的表面粗糙度Ra下降,最大可由1.52nm下降到0.429nm。     

Nd:YAG调Q脉冲激光器微孔实验研究

为了输出高功率、高光束质量的脉冲激光以及制备高质量微孔,对平凸非稳腔结构进行了理论分析,给出了腔参数变化曲线.设计出了高功率、高光束质量的平凸非稳腔灯泵浦脉冲Nd:YAG调Q激光器.激光脉冲能量为500 m J,峰值功率达到5 MW,光束参数积优于4.2 mm.m rad.分别在0.04~0.07 mm厚度金属碳钢及1mm厚度非金属陶瓷上进行了微孔打孔实验,得到了百微米微孔.     

自制空气介质氮分子激光器及脉冲能量的测量

空气中氮的含量高78%,对空气进行适当的激励即可产生氮的特征谱线337.1nm 的激光.本文介绍了以空气为介质的激光器的工作条件和对自制激光器输出脉冲能量测量方面的工作.     

电引发非链式脉冲DF激光器实验研究

为获取得高能脉冲中红外激光,对两种形式的电引发非链式脉冲DF化学激光器进行了研究。通过研究紫外预电离自持放电非链式脉冲DF化学激光器的输出特性,确定了最佳气压比,实现了350 mJ的DF激光脉冲输出,激光峰值功率为1.4 MW,激光能量比输出达35 J/l.101.3 kPa,电光转换效率约为1.6%;为突破预电离条件的限制,研究了非链式脉冲DF化学激光器的自引发体放电特性,通过采用针-盘电极对放电来模拟单通道放电的过程,利用非均匀场粗糙表面阴极,在注入能量密度高达200 J/l时实现了无预电离的稳定体放电。实验结果表明,采用自引发体放电技术有望实现更高能量的中红外激光输出。     

非线性超快成像技术的时间分辨率探究

理论研究了基于非线性光学开关效应取样的超快成像技术．推导了基于倍频、光克尔效应及光参量放大等非线性过程取样方式下的开关函数表达式．提出等效曝光时间概念,用于准确描述基于不同非线性光学取样方式超快成像的实际时间分辨能力,对以超快旋转光场为目标物的超快成像过程进行模拟．结果表明,基于倍频的超快成像等效曝光时间与取样激光脉冲宽度相当;基于光克尔效应的超快成像等效曝光时间是取样脉宽的0.7倍,而基于光参量放大的等效曝光时间与取样脉宽和增益大小都有关．增益越高,等效曝光时间越短,超快测量时间分辨越高.当增益为1 000时,等效曝光时间降低至取样脉宽的一半．研究结果为提升现有非线性光开关超快成像技术的时间分辨能力提供一条有效技术途径．     

这里将发出中国“最神奇的光”——武汉虹拓新技术有限责任公司及“虹拓联合实验室”简记

正武汉虹拓新技术有限责任公司成立于2008年8月,坐落于美丽的东湖之滨——中国·光谷未来科技城。公司在超快光纤激光器领域处于世界领先地位,能够提供环境可靠性最高的工业级高功率飞秒激光器,其具有价格竞争优势的产品广泛应用于精密微加工、再制造、医疗、科研、电子制造等领域。历经10年的艰苦攻关,公司成功研制出具有完全自主知识产权的我国首台全光纤超快激光器,打破了欧美国家在超快激光器领域的技术垄断;开发具有自主知     

基于双纳米孔的超表面全息成像

为提高超表面的信息存储能力,从波长复用的角度出发,基于几何相位理论设计了一种由两种不同结构参数的椭圆纳米孔构成的超表面。利用时域有限差分法分析超表面的各参数的影响规律,通过超表面各个参数的调节,获得了530 nm和710 nm双工作波长下电磁波独立调控能力。并利用Gerchberg-Saxton算法对超表面的排布进行规划,利用该结果获得了同一位置双图像的呈现。530 nm处的成像图与原图像之间的均方误差约为0.082,710 nm处成像图与原图像之间的均方误差约为0.058,实现了超表面对于波长方面的双通道复用。     

高重频皮秒脉冲激光对多晶硅的损伤特性研究

为研究高重频皮秒脉冲激光对多晶硅的损伤特性,用不同重复频率的皮秒脉冲激光辐照多晶硅,用扫描电子显微镜对激光辐照后多晶硅的损伤形貌进行检测。探究了高重频皮秒脉冲激光与多晶硅相互作用的机理,得到了不同辐照时间和重频的皮秒激光对多晶硅的损伤规律。研究表明:多晶硅的损伤阈值随着皮秒激光重频的增加逐渐降低,当激光重频大于5k Hz时,多晶硅的损伤阈值达到一个"饱和"值,损伤阈值几乎不再随着重频的增加而发生变化。研究结果对低脉冲能量高重复频率激光加工具有借鉴意义。     

高功率窄脉冲半导体激光器模块的研究

为获得脉冲宽度窄、前沿上升速度快的大功率激光输出,以提高激光引信等武器装备抗干扰的性能,设计出了一种由高压电源、驱动电路及多管芯激光器组成的高功率窄脉冲半导体激光器模块。激光器采用多管芯串并联组合发光的方式,驱动电路部分实现高压储能放电,使用了高速开关断器件MOSFET作为LD放电回路的开关,应用板载技术进行封装。在较大光功率输出的同时,脉冲波形宽度更窄、前沿上升速度更快。最后经OrCAD/Pspice软件进行仿真分析。实验结果表明,模块实现了高功率窄脉冲的激光输出,得到脉冲宽度为8ns、上升时间为2ns的窄脉冲,最大输出功率可达200W。     

高斯长脉冲激光辐照单晶硅温度场的数值模拟

建立二维轴对称模型,通过Matlab软件对长脉冲高斯激光与单晶硅相互作用的加热过程进行数值模拟。分析不同激光功率密度和辐照时间作用下单晶硅的温度分布和温度历史, 估算单晶硅的熔融损伤阈值和热量沉积深度。结果表明:单晶硅的熔融损伤阈值的功率密度I₀=0.22 MW/cm2且激光热量沉积深度大约在1 mm范围内; 单晶硅的温度随激光功率密度和辐照时间的增加而升高,且随着光斑半径方向的延伸与靶材厚度的增加而逐渐减小; 在脉冲作用期间,硅表面中心温度迅速上升,这主要由高斯激光的能量分布特点决定; 在激光作用结束后,辐照区的热量通过热传导效应从高温区向低温区转移,单晶硅的表面中心温度随时间的增加而缓慢下降, 最后趋于室温。     

非金属材料激光连接工艺与接头性能研究进展

综述了玻璃、陶瓷、聚合物、块体金属玻璃(bulk metallic glass,BMG)等非金属之间及其与金属的激光连接工艺和接头性能的研究进展,分析了激光焊功率、焊接速度、离焦量和施加压力对接头性能的影响;对比了飞秒激光和纳秒激光对金属与玻璃接头剪切强度的影响;探究了玻璃与金属、陶瓷与金属以及陶瓷与聚合物的连接机理及其影响因素;通过添加过渡层,解决了高硼硅玻璃在可伐合金表面的开裂问题,在金属表面制备氧化膜,促进了界面结合,提高了接头性能,同时采用焊前预热和焊后缓冷热处理工艺有效降低了焊后应力,减少了裂纹的产生.     

无机非金属材料与金属材料连接的研究概述

综述了玻璃、陶瓷、聚合物、块体金属玻璃(bulk metallic glass,BMG)等非金属之间及其与金属的激光连接工艺和接头性能的研究进展,分析了激光焊功率、焊接速度、离焦量和施加压力对接头性能的影响;对比了飞秒激光和纳秒激光对金属与玻璃接头剪切强度的影响;探究了玻璃与金属、陶瓷与金属以及陶瓷与聚合物的连接机理及其影响因素;通过添加过渡层,解决了高硼硅玻璃在可伐合金表面的开裂问题,在金属表面制备氧化膜,促进了界面结合,提高了接头性能,同时采用焊前预热和焊后缓冷热处理工艺有效降低了焊后应力,减少了裂纹的产生.

     

长脉冲激光辐照单晶硅的表面形态

针对长脉冲激光在空气中对单晶硅进行辐照所产生的表面形态问题,研究了不同能量密度的激光辐照后单晶硅的表面形态变化及其形成机理.结果表明:单晶硅表面的涟漪波纹状微结构与光的散射和干涉有关;随着激光能量密度的增加,单晶硅表面出现解理现象,其主要是由较高的温度梯度而引起的应力所致;熔融和汽化时的单晶硅表面形态主要是由载流子动力及等离子体波引起的;激光辐照单晶硅中心点温度曲线在单晶硅熔点和沸点附近时出现平台期,这是由于材料在熔融和气化过程中要吸收潜热;激光能量密度越大,单晶硅表面的损伤面积越大.     

空心激光辐照硅材料产生应力场的数值模拟与分析

研究并建立了长脉冲空心激光与硅材料相互作用产生应力场的数学物理模型,采用基于有限元法的多物理场仿真软件Comsol对模型进行了数值求解,得到了硅材料表面应力场的空间与时间分布曲线,分析总结了长脉冲空心激光辐照下硅材料表面应力场的变化特征与规律。实验结果可为深入揭示空心激光与硅材料相互作用机理奠定一定理论基础,也可为激光加工及激光损伤研究提供一定理论参考。     

一种大功率超短脉冲激光器的设计

设计了一种新型大功率超短脉冲激光器,将两种传统产生超短脉冲的方法（调Q和锁模）有效的结合起来,并对激光器的各个环节的设计作了说明。为了获得更大的功率采用了电光“腔倒空”直腔调Q法和LDA侧面泵浦,为了获得脉宽更窄的超短脉冲采用了半导体可饱和吸收镜（SESAM）锁模技术。     

激光表面热处理下Cu薄膜的疲劳性能

通过CO₂激光器对试件进行激光表面热处理,对比处理前后试样的疲劳寿命,找出了最优激光工艺参数,并对其进行疲劳断口及表面微观结构分析,探求其微观机理.研究结果表明:激光表面热处理时激光扫描速率、功率密度对处理效果有显著影响;对于25μm厚工业纯Cu薄膜材料,激光功率密度为208 kW/cm²,扫描速率为25mm/s时,激光表面处理效果最佳,试件的疲劳寿命提高了2~3倍;在扫描电镜观测下发现,激光表面处理后试件表面形成1层淬硬区并产生残余压应力,使试件的疲劳强度明显增加,且激光表面处理的试件裂纹萌生后扩展至断裂的过程较为缓慢,断口出现疲劳条纹.     

激光损伤1064nm增透熔石英的热应力数值模拟研究

研究并建立了激光损伤1064nm增透熔石英的理论模型,采用数值模拟方法计算了1064nm增透熔石英内部的瞬态温度场和应力场分布,分析了激光对1064nm增透熔石英的损伤机理。结果表明：激光对1064nm增透熔石英的损伤存在一定的累积效应,其效果使材料的损伤程度加剧,材料内部沿径向的温度梯度较大,沿轴向产生的温度梯度较小。在应力损伤中,环向应力起主要作用。1064nm增透熔石英发生损伤时,主要从激光作用中心点或光斑半径边缘附近开始。     

Damage Mechanism of Al2O3 Ceramic Coatings Irradiated by CO2 CW Laser

Rules and mechanism of damage in Al2O3 coatings irradiated by CO2 CW laser are studied in order to improve the ability of parts of equipment standing against the high power laser.Al2O3 coatings were sprayed by air plasma spray(APS)on the 45# steel substrate,and then were irradiated by CO2 CW laser from 795 W/cm2 to 31 830 W/cm2.As the output power of the laser is increasing,its porosity is increasing and cracks are appearing and spreading quickly.And also the phase will transform from γ-Al2O3 to α-Al2O3 in the damaged areas.When the energy density is 17 507 W/cm2,the coatings are destroyed completely.The thermal infection field on substrate is rather small.The laser energy is depleted by the phase transformation and cracks in Al2O3 coatings during the laser thermal shock.