深紫外激光对GaN薄膜的激光抛光研究

为了研究157nm深紫外激光的激光抛光加工特性,采用小光斑对GaN半导体薄膜进行了微平面扫描刻蚀.通过探讨激光工艺参量与激光抛光质量的影响关系,得到了最佳的工艺参量范围.结果表明,随着激光抛光扫描速率的增加,材料加工表面粗糙度值Ra逐渐减小,其中扫描速率在0.014mm/s～0.015mm/s处,激光抛光质量最高;而激光抛光扫描间距的减小,或者脉冲频率的增加,都将导致被加工表面粗糙度增大;当脉冲频率取8Hz时,抛光效果较好,表面粗糙度值Ra≈20nm.     

基于VIS打标系统的二维码标刻工艺研究

激光系统的打标速度、频率、填充间隔、功率等工艺参数直接影响二维码标刻效果。实验基于VIS打标系统,针对汽车行业铸铁材质发动机的二维码激光直接标刻,利用二维码读码器对激光标记进行读码率的测量,通过改变激光加工参数,研究激光工艺参数对二维码标刻效果的影响。实验表明,通过对频率、填充间隔和速度三个激光参数进行相互协调,得出10%左右的光斑重叠率和较小的线间距,能够得到对比度高的标记,从而获得高的读码率。     

镀铬活塞环表面椭圆微坑织构激光制备工艺研究

为优化激光制备表面微坑织构工艺参数,提高缸套-活塞环摩擦副的摩擦学性能,使用纳秒脉冲激光器在镀铬活塞环表面制备椭圆形微坑织构,探究激光功率、加工次数、扫描速度与填充线间距对微坑形貌及尺寸的影响.结果 表明:增大激光功率与重复加工次数、降低扫描速度与填充线间距可有效提高微坑深度;微坑长径长度随激光功率增大而减小,随加工次...     

纯铝设备线夹表面氧化层激光清洗工艺研究

针对纯铝设备线夹表面氧化层的清理需求,研究纳秒脉冲激光清洗纯铝设备线夹表面氧化层的工艺。通过不同工艺参数下的对比试验,研究不同功率和光斑叠加率对激光清洗效果和清洗效率的影响。在高效率激光清洗的前提下,通过研究不同重复频率和扫描次数对激光清洗效果的影响,进一步优化纯铝设备线夹表面氧化层激光清洗工艺。结果表明：在高功率、50%的光斑叠加率工艺设定下,氧化污染表面具有良好及高效的清洗效果;在上述基础工艺上,优化重复频率和扫描次数,能进一步提升表面的清洗效果;过高的功率、光斑叠加率及扫描次数,均会造成表面的过清洗。     

激光毛化对电子标签粘接性能的影响

利用纳秒脉冲激光器对316不锈钢表面进行激光毛化处理,研究激光毛化后材料表面形貌对电子标签粘接性能的影响。通过微机控制万能试验机对粘接结合力进行测量,研究激光毛化对材料表面形貌及粘接性能的影响规律,确定最佳激光毛化工艺参数。激光毛化可有效地提高材料表面粗糙度及接触面积,在最佳激光毛化工艺(激光功率200 W,扫描速度4 050 mm/s,重复频率50 kHz,脉冲宽度270 ns,填充线间距0.081 mm)下,激光毛化后材料表面的粗糙度较未处理前的0.024μm提升到2.406μm;激光毛化后粘接结合力为48.5 N,较未处理的粘接结合力18.2 N提高了166%。     

基于CFRP纤维编织网格分块扫描的激光除胶工艺算法

碳纤维复合材料(CFRP)在激光表面烧蚀除胶过程中容易出现不均匀热影响区、纤维破损等缺陷, 为了解决这一问题, 提出并实现了一种基于CFRP纤维编织网格分块扫描的激光除胶工艺算法, 采用单因素实验方法, 进行了理论分析和实验验证, 获得了不同激光扫面填充算法对CFRP表面树脂去除率、纤维破损度的影响规律, 并对加工机理进行了分析研究。结果表明, 选取平均功率为24W、重复频率为20kHz、扫描速率为1000mm/s、离焦量为5mm等参量时, 加工样品表面得到了纤维完整、热损伤较小等较好的工艺效果。这一结果对激光加工CFRP烧蚀除胶的研究是有帮助的。     

GCr15轴承钢零件边缘激光精整工艺试验研究

为了探究GCr15轴承钢纳秒激光精整工艺,采用单因素轮换法,进行了激光功率、扫描速率、重复次数对激光精整质量影响规律的试验研究。研究结果表明:利用纳秒激光可实现对GCr15轴承钢零件边缘的精整加工,随着激光功率的增大,精整去除量逐渐增大,而单位去除量缓慢下降,当激光功率为4. 02 W、5. 22 W(即电流参数19 A、20 A)时,加工效率相对较高;扫描速率较低时,纳秒激光可以有效去除边缘材料且边缘轮廓较为平滑,增大扫描速率会导致光斑搭接率变小,进而精整去除量相应地减小;重复次数的增加降低了加工效率,重复次数增加至原来的4倍,去除量仅增加26. 31%。研究结果验证了采用纳秒激光精整零件边缘的可行性,为零件边缘精整方法提供新的思路。     

脉冲激光干扰面阵CCD成像系统的实验研究

为了研究脉冲激光对面阵CCD的干扰效果,采用近场模拟实验的方法,设计了重复频率脉冲激光干扰CCD成像器件近场实验。当CCD器件表面接收激光功率密度达到2.97mJ/cm2时,观察和记录了CCD器件串音饱和现象;当CCD摄像机电子快门打开时,除发射窗口有激光光斑图像外,激光脉冲在激光器出光口竖直方向也会形成偏离出光口位置的漂移光斑图像。分析了CCD摄像机电子快门作用机理及图像信号转移方式机理,并对光斑漂移现象给出了合理解释。结果表明,重复频率脉冲激光可使CCD图像上出现漂移光斑而对图像形成干扰。这为重频脉冲激光干扰CCD的研究提供了理论基础和初步实验验证。     

高频率皮秒激光微加工石英衬底铝膜效率

采用重复频率100 kHz下,输出功率为3.7 W的532 nm Nd:YAG皮秒激光器对石英衬底微米量级的铝膜进行了烧蚀,研究了脉宽为10 ps的激光单脉冲能量密度对烧蚀效率、光斑耦合率对烧蚀图形以及重复加工次数对加工精度的影响。单脉冲激光烧蚀实验证实,皮秒激光烧蚀铝膜可分为高能量密度烧蚀与低能量密度烧蚀两个区域。光斑耦合率对烧蚀深度影响较大,不易从理论角度控制烧蚀效率。为提高加工精度与验证求解烧蚀率的准确性,提出重复多次加工的方法。对比了高斯线性法与高斯线性修正法的求解烧蚀率的结果,证明了高斯线性修正法在扫描激光精细加工方面的优越性。利用高斯线性修正法求得的烧蚀效率,模拟了激光在不同光斑耦合率下烧蚀微槽的三维轮廓图。     

飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征研究

为了探究飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征, 采用光束同心圆填充扫描方式对厚度为4mm的SiC/SiC复合材料进行制孔实验, 分析了飞秒激光加工参数对入口直径、孔深、锥度等孔型特征的影响规律和影响机理。结果表明, 脉冲能量、重复频率、线重合度以及扫描速率对小孔入口直径影响较小, 但对孔深和锥度影响较大; 上述实验参数与光束扫描面积内的能量密度密切相关, 小孔锥度随能量密度增大而减小, 小孔深度则反之; 当采用最大脉冲能量130μJ、最大重复频率100kHz、最小扫描速率100mm/s、最大线重合度77%以及最小进给量0.1mm时, 小孔锥度达到最小值12.38°; 上层材料对光束的遮挡以及排屑困难导致深孔加工锥度不易控制。该研究可以为今后SiC/SiC超快激光制孔应用提供参考。     

线扫描SLS RP系统的原理和工艺优势

一种新的线扫描选择性激光烧结快速成型(SLS RP)方法可以提高成型效率和对大工件的加工质量。它与一般振镜点扫描完全不同。它使用柱面透镜组将CO_2激光器输出的圆光束改变为细长线束,从点(直径为0.13mm)到最大设计线长(40mm)实现无级变长以适应烧结层面的几何形状。通过对激光功率、扫描速度与线束长度的优化匹配,实现对各种有机粉末材料的有效烧结。应用实践证明这种线扫描工艺的成型效率和加工质量尤其是对大工件的加工质量优于振镜点扫描的工艺方法,可以很大地扩展SLS RP工艺的应用范围。     

用于油井激光射孔的10 kW激光19×1空间非相干合束

激光射孔是油井完井工程领域一项具有前瞻性的技术,对提高石油资源采收率具有重要的应用价值。为提高油井激光射孔所使用的激光功率和激光传输的安全性,利用19台光纤传输972 nm半导体激光器实现了10 kW级激光空间非相干合束。通过分析参与合束的准直激光束的半径、间距与合束激光的光斑重叠率之间的变化规律以及模拟合束激光横截面能量分布,完成激光空间非相干合束器的结构设计。在300 mm的合束长度内实现了具有单一光束形态且最大合束功率达到10.441 kW、焦斑直径21 mm、线宽2.46 nm的空间非相干合束激光输出,合束效率达到98.2%。利用10 kW空间非相干合束激光完成了针对砂岩和钢板的地面激光射孔实验,射孔深度分别达到570 mm和70 mm。     

激光直接金属沉积工艺能效的田口试验研究

为了研究金属激光直接沉积工艺过程中工艺参量对工艺能效的影响,采用自主研发的HCX60五轴激光复合制造机床开展工艺能效田口试验,并对其结果进行了信噪比分析、极差分析以及方差分析,得到激光功率、送粉量、扫描速率、提升量以及搭接率对工艺能效的影响主次关系,提出了工艺因素优化组合。结果表明,送粉量对工艺能效的影响最为显著,最佳参量组合为激光功率P=500W,送粉量f=28g/min,扫描速率v=600mm/min,提升量h=0.6mm和搭接率λ=30%。这为研究增材制造工艺参量对工艺能效的作用及影响规律提供了理论借鉴和实验基础。     

Analysis of the line pattern width and exposure efficiency in maskless lithography using a digital micromirror device

In this study, we calculate the exposure intensity of line/space patterns recorded with a DMD (digital micromirror device) digital maskless lithography system using the point array method. With a diffracted beam spot with a radius of 4 μm, we simulate the line space patterns over a spot overlap section ranging from 85% to 95%. From the results of the simulation, we analyze the relationships among the exposure intensity, the width of the line pattern, and the exposure efficiency, which are process parameters used in maskless lithography. From a numerical analysis of the relationship between the line pattern width and the exposure efficiency, it is estimated that the practical acceptable minimum width of the line pattern recorded with a maskless lithography system using a 4-μm radius diffracted beam spot array is approximately 4.5 μm, which is 11% larger than the spot radius with the exposure efficiency of 73%.     

基于陶瓷焊接的半导体激光器合束及聚焦研究

为了解决石油输送管道Al₂O₃陶瓷内衬管的连接问题,研制了专用的半导体激光光源用于陶瓷激光焊接。实验研究了陶瓷激光焊接所需要的半导体激光工艺参量及光束要求,采用单管空间合束、偏振合束、波长合束以及菲涅耳聚焦系统输出等方式,研制了光场分布均匀的半导体激光陶瓷焊接系统。结果表明,所设计半导体激光器偏振合束输出功率为384W,合束效率达到96.62%,经波长合束后输出功率可以超过800W,聚焦系统输出光斑均匀度为93.85%。该系统可以成功应用于不同场合的陶瓷焊接生产中,满足2mm厚度Al₂O₃陶瓷激光焊接要求。     

Enhancement of CW THz Wave Power Under Noncollinear Phase-Matching Conditions in Difference Frequency Generation

We investigated methods for improvement of continuous-wave (CW) terahertz (THz) output power by laser diode (LD) pumping in noncollinear phase-matched difference frequency generation (DFG). The effects of interaction length and beam spot size of input lasers (near-IR) in GaP crystals were studied. The THz wave power dependence on various sizes of GaP crystals was investigated and it was observed that an output power of 4 nW was obtained with a 20 mm long GaP crystal at 1.5 THz. Also, the THz wave absorption coefficient was dominant for longer GaP crystals at high frequencies (above 2.5 THz). The THz wave power dependence on beam spot size (1.2 mm–300 $mu{rm m}$) of near-IR lasers at 1.62 THz was studied, and an improvement of THz wave power being seen with a 500 $mu{rm m}$ beam spot size, while the beam divergence effect was dominant for beam spot sizes below 500 $mu{rm m}$.      

应用于金属焊接的光纤耦合输出2kW半导体激光光源

报道了一种高效节能、千瓦级光纤柔性输出半导体激光焊接光源。采用半导体激光合束技术,研制出2246W半导体激光合束光源,电光效率达43.6%;通过聚焦耦合,实现从600μm芯径、数值孔径0.2的光纤连续输出功率为2104W,光纤耦合效率达93.7%;在光纤输出端采用放大率1颐1的成像系统,到达工件表面的功率为2084W,光参量积为46.89mm·mrad,在束腰处测得光斑直径600μm,光功率密度为7.37×105 W/cm2,可以满足金属薄板焊接的激光加工要求     

高功率矩形光斑激光非相干空间合束

激光表面热处理技术是进行金属材料表面强化和改性的最有效手段之一。为实现高速、柔性激光表面热处理,按照矩阵平行排列18束光纤输出的972 nm半导体激光束,通过光束准直和空间非相干合束,获得了具有矩形光斑特征的10 kW级合束激光。在理论分析准直激光束的半径、相邻光束间距与合束激光的光斑搭接率之间变化规律、采用Code V光学设计软件建立合束器结构模型及TracePro光学仿真软件模拟合束激光光斑能量分布的基础上,完成了10 kW级18×1矩形光斑激光非相干空间合束器的研制。在200 mm的合束长度内实现了具有单一矩形光斑形貌、最大合束功率10.249 kW、焦斑尺寸31 mm×11 mm、中心波长972.34 nm、谱线宽度2.27 nm的合束激光输出。     

无输出镜外腔光谱合束结构对反馈效率的影响

半导体激光阵列无输出耦合镜外腔光谱合束技术利用光栅的0级和1级衍射光束反馈实现发光单元的波长锁定,避免了0级和1级衍射光束的转储和浪费,可以获得高的合束效率。因此,0级和1级衍射光束的反馈量高低就会决定外腔波长锁定的稳定性,进而影响合束后光束质量的高低甚至光谱合束的成败。针对此种结构,理论研究了两外腔长度、望远镜滤波结构及"Smile"效应对0级和1级衍射光束反馈效率的影响,结果表明：(1)外腔长度会影响反馈功率以及串扰程度;(2)望远镜滤波结构可以有效滤除大偏角杂散光束以及使光束正确反馈回原发光单元;(3)"Smile"效应的程度对反馈效率以及输出光束质量影响尤为严重,需要采取措施进行抑制。