基于激光散射的高速微粒测速系统

高速微粒速度测量技术是空间高速粒子地基模拟系统中的一项关键技术。设计并实现了一种利用激光光幕对高速运动微粒的非接触式速度测量系统,分析了测量误差以及进一步提高测量精度的方法。该系统以高功率半导体激光器作为光源,同时采用PIN光电二极管作为光电探测器,利用接收侧向散射光脉冲作为起始和结束信号以测量微粒的平均速度。实验结果表明,该系统可对速度范围为1~10 km/s,直径大于100μm的高速微粒进行测速,精度优于1.8%。     

激光熔注法制备WC颗粒增强金属基复合材料层

采用激光熔注(LMI)技术在Q235钢表面制备WC颗粒增强的金属基复合材料(MMC)层。在激光熔注工艺特性和熔注层宏观特征分析的基础上,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对激光熔注层微观组织结构进行了分析。结果表明,WC颗粒注入到熔池的整个深度和宽度范围内,并且在熔注层中的分布比较均匀。WC颗粒的加入改变了熔池的化学成分,熔注层中出现了新相Fe3W3C。在熔注层上部存在较多Fe3W3C枝晶和少量枝晶间共晶,在熔注层下部枝晶数量减少,共晶数量明显增多。激光熔注层中不同WC颗粒周围反应层的尺寸和形貌存在很大差别。WC颗粒注入位置是决定反应层尺寸的重要因素。     

卡塞格伦镜头的猫眼效应激光反射特性

卡塞格伦(Cassegrain)及类卡塞格伦式光学镜头在光电装备中应用广泛.为了研究具备卡塞格伦式光学镜头的光电装备所特有的猫眼效应特性,采用ZEMAX光学设计分析软件建立了卡塞格伦镜头反射模型,利用物理光学传输方法仿真分析了其猫眼效应反射特性,并得出了猫眼效应可探测入射角范围.对一特定卡塞格伦镜头进行了激光辐照实验,得到了猫眼效应反射光斑图像,测试了猫眼效应绝对反射率以及反射光发散角.结果表明,当发射系统位于该卡塞格伦镜头的视场内时,可以探测到猫眼效应反射光,中心遮挡造成原路返回处光强分布中心能量降低,猫眼效应绝对反射率为11.48%,反射光发散角为3.3 mrad,按照假设条件可以满足30 km内激光主动探测的需要.     

钒氮合金对激光熔覆钴基合金涂层组织和耐磨性的影响

利用5 kW CO2连续激光,在低碳钢表面熔覆钴基合金和添加钒氮合金的钴基合金涂层.采用光学显微镜(OP)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了熔覆层的显微组织和相结构;利用显微硬度计及滑动磨损试验机测试了熔覆层的硬度和抗磨损性能.结果表明,Co基合金涂层主要组成相为γ-Co与碳化物Cr23C6;加入钒氮合金后,出现了σ-FeV和VN等相,涂层凝固组织明显细化,熔覆层硬度提高,凡界面处硬度均比表层高;熔覆层的耐磨性随钒氮合金的加入及激光扫描速度的增加而提高,同时对熔覆层的磨损机制进行了分析.     

脉冲激光沉积技术沉积温度对PZT/LSAT薄膜生长取向的影响

采用固相法分别制备了标准摩尔配比和铅过垦10%的两种靶材.并利用脉冲激光沉积技术(PLD)在镧锶铝钽(LaSrAlTaO3,LSAT)单晶衬底上成功制备了锆钛酸铅(Pb(Zr0.3Ti0.7)O3,PZT)铁电薄膜,在550～750℃沉积温度范围内研究了PZT薄膜的生长取向和铅含最对薄膜生长取向的影响.利用X射线衍射(XRD)仪和原子力显微镜(AFM)表征了薄膜生长取向和表面形貌.XRD测量表明在标准摩尔配比情况下薄膜牛长从550 C近似c轴取向逐渐过渡到750℃近似a轴取向,而在铅过量情况下薄膜生长取向无明显过渡性变化;AFM测量表明PZT薄膜在近似C轴和a轴生长情况下,表面均方根(RMS)粗糙度分别为16.9 nm和13.7 nm,而在混合生长无择优取向的情况下,薄膜表面均方根粗糙度达到68 nm,这可能是两种取向竞争生长的结果.     

单纵模、波长可开关的线性腔光纤激光器

提出并实现了一种单纵模输出、波长可开关的光纤激光器.该激光器采用线性法布里-珀罗(F-P)腔结构,利用980 nm抽运的掺铒光纤(EDF)作为增益介质,并且通过腔内另一段未抽运的掺铒光纤的饱和吸收效应来实现光纤激光器的单纵模运转;同时利用1×N光开关和N个并联的不同中心波长的光纤光栅(FBG)的选波作用,通过控制光开关的电压信号,实现N个输出波长的可开关功能.在90 mw的抽运功率下,获得了-0.5 dBm峰值功率,3.6 kHz线宽的单纵模激光输出;输出光的波长在控制电压的作用下可在1574.6 nm,1579.7 nm,1584.8 nm和1589.9 nm四个波长之间任意选择.     

角抽运优化及辐射平衡激光器增益介质设计

角抽运能够避免使用抽运光高透激光高反的双色镜,并且对于低掺杂浓度的激光晶体仍然具有可以接受的吸收效率,因此该抽运方案适合辐射平衡激光器(RBL)较为苛刻的抽运要求.为确保抽运光不会从增益介质的角边泄漏,对角抽运方案中的晶体宽度给出了进一步的优化公式.在992.8 nm抽运光波长下,针对用于辐射平衡激光器的掺杂原子数分数为5%的Yb:KGW激光晶体,利用光线追迹法分别对不使用和使用高温熔合技术的两种角抽运设计方案进行了数值模拟计算.根据抽运吸收效率和均匀性等设计要求,两种角抽运方案中最佳入射角度均为45°,最佳抽运全反射次数值均为1,但是使用高温熔合技术比不使用该技术会使抽运效率提高约20%.     

Cr2+:ZnSe的激光输出和调谐性能

Cr2 :ZnSe具有很宽的吸收带和发射带,是中红外波段优秀的可调谐激光材料.从吸收光谱、发射光谱以及角度调谐输出对Cr2 :ZnSe晶体的激光输出性能进行了研究.采用真空高温扩散法制备Cr2 :ZnSe晶体,获得了高浓度的Cr2 离子掺杂的厚1.7 mm,直径10 mm的薄片ZnSe晶体.使用中心波长2.05 μm,最大输出功率8 W的Tm离子掺杂的光纤激光器抽运,使用平凹腔结构搭建谐振腔,获得了最大平均功率1.034 W,中心波长2.367 μm,线宽10 nm的连续激光输出.利用角度调谐的方法,对Cr:ZnSe晶体的调谐性能进行了研究,在100 nm范围内获得了调谐输出.     

超短脉冲激光烧蚀金属薄膜材料的热效应分析

基于双曲双温两步热传导模型,利用具有人工粘性和自适应步长的有限差分算法,对超短脉冲激光辐照金膜时的温度场进行了一维数值模拟计算.讨论了不同能量密度和脉冲宽度条件下金膜表面温度场的分布情况;分析了电子-晶格耦合系数对薄膜体内温度场的变化规律及电子-品格耦合至热平衡所需时间的影响.结果表明,激光脉冲的能量密度和脉冲宽度对电子温度的峰值有重大影响;电子-晶格的耦合系数决定了二者的温升速率和耦合时间;电子温度及电子温度的梯度在接近表面区域迅速达到最大值,与之相应的热电子崩力是造成金属薄膜早期力学损伤的主要原因.     

激光自动焊接技术在二次电池制造中的应用

二次电池,尤其是无毒、无污染的绿色二次电池,在全球有很大的需求.在其制造过程中,为了保障生产速度、质量以及产品的一致性,必须配备自动化程度很高的流水作业生产线.其中电池的外壳密封、电池正极的焊接以及安全阀的制作等多道工序均需使用激光焊接技术,因而在二次电池制造过程中的各种激光自动焊接技术也应运而生.总结了目前国内外多种电池激光自动焊接技术的原理、研究进展、工艺方法以及关键部件的软硬件设计,并指出了一些目前存在待解决的问题,讨论了今后需要改进和发展的方向.