透明硬脆材料激光剥离关键问题研究(特邀)

透明硬脆材料由于其优异的力学性能、热稳定性、耐腐蚀性以及光电性能,广泛应用于半导体与电子领域。传统透明硬脆材料切片方法效率低、材料损耗大,制约了硬脆材料的推广应用。激光剥离技术是近年来新兴的一种透明硬脆材料切片新方法,较传统金刚线切割方法大幅提升硬脆材料的切片效率和材料利用率,目前已发展成为硬脆材料激光加工领域学术研究与产业应用的焦点。文中深入分析透明硬脆材料激光剥离物理过程,归纳激光剥离过程关键科学问题:透明硬脆材料对激光的非线性吸收、激光作用下材料内部微观结构演化与缺陷扩展规律,以及激光光场调控对材料改质影响机制等。基于这些科学问题,综述了近年来激光剥离不同类型透明硬脆材料的研究进展,目前用于激光剥离的材料已涵盖了SiC、Si、GaN、金刚石等半导体材料,蓝宝石、多晶Al_(2)O_(3)、氧化锆等陶瓷材料,激光剥离技术已发展出超快激光双脉冲诱导剥离、超快激光-化学辅助剥离、多激光复合剥离等。激光剥离物理过程是一个典型的激光-材料-热学-力学多学科交叉问题,尽管在实验结果方面获得了显著突破和迅猛发展,但目前对于工艺机理仍缺乏深入的理论与数值建模研究。未来透明硬脆材料激光剥离技术将会朝着百微米以下超薄厚度剥离、改质层低损伤、工艺自适应等方向发展,将为半导体与电子等领域快速发展提供更大的技术支撑。

基于热成像的激光固态相变过程温度控制方法

在激光固态相变过程中,温度对于工件性能有着显著影响,温度控制的精度和响应速度是确保工件强化质量的关键因素。为了提高激光强化过程中温度的稳定性,基于热成像原理,采用红外热像仪获取激光作用区域不同位置的实时温度数据,提出一种模糊自适应并行PID控制方法,开发模糊控制模块,通过比较激光作用区域前后位置的温度差,经模糊控制系统处理生成控制输出,与模糊PID控制器并行控制,通过实时监测,反馈控制激光输出功率,实现更快速、精准的温度控制。通过实验对系统仿真结果进行验证,结果表明该温控方法不仅提高了温度控制的响应速度和精度,还增强了系统的鲁棒性,为高端装备关键零部件的高质量表面强化提供参考。

测试资料在张海5断块产能和储层评价中应用

通过系统试井了解张海5断块的产能,确定了油井产能方程、采油指数、米采油指数及最大产量,确定合理工作制度;压力恢复测试确定了油藏渗流参数、了解了油藏边界情况,为该断块开发方案的制定及调整提供了重要的依据。

过套管四中子测井新技术在油气田开发中的应用

四中子测井是新型过套管测井方法,用同位素化学源向地层发射快中子,通过长短源距双探测器分别记录中子-中子、中子-伽马计数率,利用双物理过程中探测到的信息,计算地层的泥质含量、孔隙度、含油气饱和度等物理信息,据此可以准确评价套后储层物性特征以及剩余油分布状况。介绍四中子测井原理和解释方法,及在油气田开发中的应用实例。实践证明,该技术在复杂结构井储层评价、老井剩余油评价、气层识别、以及水淹层分析等方面具有较好的应用效果。

基材属性对Ni60A-WC激光熔覆涂层性能的影响

在304不锈钢(304SS)和Q235碳钢上分别熔覆Ni60A及Ni60A-WC金属粉末,以及添加Cr和Cr_3C_2的涂层,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)分析涂层的宏观形貌、微观组织和元素分布,用显微硬度计对涂层的硬度进行测试分析。结果表明:基材中元素成分的不同会导致涂层气孔和裂纹的差异,Ni、Cr元素含量高的304SS上的涂层气孔和裂纹数明显比Q235碳钢上的少;基材的导热性能对涂层的稀释率与性能具有明显影响,导热性能差的304SS稀释率大,WC颗粒分解多,涂层组织粗大;由于Q235导热性能好,冷却速率高,导致涂层硬度高,Ni60A+40%WC涂层平均硬度高达1 000HV_(0.2)。此外,Cr和Cr_3C_2的加入能有效防止涂层气孔的产生。

纳秒脉冲掺镱全光纤激光器研究进展

掺镱全光纤纳秒脉冲激光器发展迅猛,已经为诸多领域开辟了新的道路,特别是高平均功率、大脉冲能量的纳秒脉冲光纤激光器在激光清洗等领域得到了广泛应用。多路光纤激光合束是实现高平均功率、大脉冲能量激光输出的主要手段,其结构复杂程度取决于单模块激光器的输出特性,提升单模块纳秒脉冲全光纤激光器输出特性对于激光清洗等领域具有重要意义。文中总结了单模块掺镱全光纤纳秒脉冲激光器的研究进展,分析了当前限制其功率和能量进一步提升的主要因素。首先,从主动调Q、被动调Q以及增益开关技术三个层面回顾了纳秒脉冲掺镱全光纤振荡器的研究进展;其次,从大脉冲能量、高平均功率、两者协同发展三个指标层面总结了纳秒脉冲掺镱全光纤放大器的研究现状;最后,从限制高指标掺镱全光纤激光器输出特性的因素出发,展望了其在未来功率和能量提升上的发展趋势。

光盘等效光栅常量和存储容量的测量

给出了CD光盘的等效径向光栅常量d⊥和切向光栅常量d∥的公式,并利用He-Ne激光器、坐标纸和分光计测量了d⊥和d∥的值.用移测显微镜测量了光盘中信息区的最大等效半径Rmax和最小等效半径Rmin.给出了计算光盘存储容量V的公式,该公式表明,存储容量V是d⊥,d∥,Rmax和Rmin的函数.实验测得的d⊥和d∥和国家工业标准值的误差分别为0.1%和0.6%.实验测得的光盘存储容量值和计算机测定值之间的误差为0.3%,分析了产生测量误差的原因.

大尺寸高质量三硼酸铋单晶生长及其频率转换

借助于顶端籽晶溶液法,采用[110]和[111]方向籽晶生长了大尺寸高质量三硼酸铋(BiB_3O_6,BIBO)单晶,尺寸为30mm×30mm×40mm,最大晶体质量接近100g。用X射线衍射和偏光显微镜确定折射率主轴方向与结晶轴方向x//b,(y,c)=47.2°,(z,a)=31.6°。根据折射率色散方程计算了位相匹配方向,实验确定1064 nm激光倍频方向(168.9,°90°),三倍频方向(146.4°,90。),946 nm激光的倍频方向(161.9°,90°)。以2.4 mm和6 mm长BIBO晶体实现了1064 nm激光的倍频和三倍频,效率分别为67.7％和39.5％(10 Hz,35 ps);以5 mm长的BIBO晶体分别在钛宝石激光器和LD泵浦Nd:YAG准连续激光器实现了946 nm到473 nm的激光输出,总效率分别为5.2％和4.8％,后者采用10 mm的LBO晶体作对比,其总效率为2.7％。讨论了晶体生长中遇到的主要问题及其解决办法,并指出BIBO的抗光损伤阈值是值得重视的问题。

利用光学参量振荡与倍频方法产生高功率宽调谐蓝光

全固态蓝光激光源在高密度光学存储，生物与医学诊断，激光彩色显示，水下成像和水下通讯等方面均有重要的应用价值，因而受到人们的极大重视．我们用光学参量振荡与二次谐波技术，获得了瓦级全固态宽调谐蓝光激光．其中，光学参量振荡器的信号光输出波长范围为780～1036nm，最大输出平均功率高达9．4W；蓝光的调谐范围从450～492nm，最大平均功率为1．3W．

激光器工程化与清洗应用中的技术突破(特邀)

文中介绍了千瓦级准连续全固态激光清洗样机研发的关键技术。激光清洗工程样机配合三维龙门运动平台形成激光清洗工业平台。简介针对钢轨表面除锈和飞机复合材料蒙皮除漆的激光清洗机制模型,从样品识别、过程监测、结果检测三方面介绍激光清洗监控方法。对60钢轨激光除锈和飞机铝制蒙皮光进行除漆,笔者课题组获得了激光清洗的最佳工艺参数,清洗效率指标通过专家测试。

测井资料在羊三木油田水淹层综合评价中的应用

羊三木油田经过长期注水开发,目前已进入高含水期,水淹层综合评价成为储集层评价所面临的主要难题。通过分析羊三木油田油层水淹前、后储集层物理性质变化特征,优选出能够反映储集层水淹特征的测井系列,并在此基础上分析了不同类型水淹层在测井曲线上的响应特征,提出了自然电位与不同径向探测深度电阻率曲线相结合的水淹层定性识别方法和基于核磁共振测井的水淹层识别及水淹级别划分方法。应用实例表明,上述方法在实际应用中的应用效果良好。

数学模型法确定油井间开制度探讨

由于低效开发区块的油井不能连续生产,必须采取油井间开即间歇生产方式,而关井多长时间开井、开井多长时间关井,完全凭现场生产经验,不但难以确定一种准确、合理的油井间开制度,还会对油井造成伤害。基于对静液面恢复连续跟踪测试,将实测数据输入计算机进行处理,可建立一种数学模型,通过运行该数学模型,找到多种油井间开制度,从中选定最优的油井间开方案,解决低产低效井在原油开采过种中遇到的供排矛盾问题。数学模型法与传统的反复开/关井法和系统试井法相比,具有简便、快捷、确定周期短、选择范围大、现场实用性强的特点,既可以应用在螺杆泵井,也可应用在抽油机井等机械采油井上,具有较高的推广应用价值。

高斯光束传播对激光熔覆覆层的影响

高斯激光束传播对激光熔覆质量有显著影响。为探索高斯光束传播对覆层几何形貌、结合质量及稀释率的影响,以Fe901+5%Cr3C2熔覆材料为研究对象,对高斯光束不同离焦区域进行了激光熔覆工艺实验,对比了正、负离焦工艺。利用金相显微镜对熔覆层几何形貌、微观结构进行分析,并对显微硬度分布进行测试与对比。结果显示,采用负离焦工艺进行激光熔覆,可获得稀释率较低,边缘良好冶金结合,无未熔颗粒、缺陷的覆层,覆层显微硬度在900～1000 HV0.2。

最大偏向角法测光栅常量实验的数据处理

研究了最大偏向角法测量光栅常量实验的数据处理方法,分析了光栅常量测量产生较大误差的原因,提出了减小该误差的方案,把最小二乘法引入到该实验数据的处理中,并在MATLAB中编写了相应的数据处理程序.实践证明:用最小二乘法处理该实验数据的方法合理且精度高,且用最小二乘法拟合出离散数据点满足的曲线方程再联立方程求解消失点的位置的方法有效地解决了消失点的位置精确读数困难的问题.

“激光清洗技术”专栏序言

激光清洗具有绿色环保、非接触、效率高、可对欲清洗部位准确定位、能实现自动化操作、适用于多种材质等优点,在环保意识渐浓的今天受到广泛的关注,对电子元器件、模具、交通工具、历史建筑和艺术品等基底材料上的微粒、油漆、锈蚀等污染物的激光清洗研究和应用越来越广泛。我国虽然起步较晚,但近年来发展很快,从事研究和应用的单位和科研人员越来越多,并在机理和应用研究面取得了很大进展。在大力推进制造业转型升级的大背景下,发展绿色环保低碳循环产业的倡导下,对激光清洗市场的需求越来越迫切,有关激光表面清洗技术的新规范已于2022年正式发布,国家科技部也先后设立了若干项目或课题。

生物灰岩油藏裂缝识别与分布预测

裂缝型生物灰岩油藏储层具有结构复杂、非均质性强和双孔隙网络特征等问题,导致缺乏针对生物灰岩的裂缝识别技术方法,因此认识和评价该类储层的裂缝发育情况是一大难题。以王徐庄油田为例,在岩心资料、计算机断层扫描(computed tomography,CT)、铸体薄片和常规测井曲线、成像测井(FMI)成像等多种资料的基础上,构建裂缝型储层预测模型:通过岩心照片、薄片和CT对比识别出“微”裂缝,总结不同产状裂缝的双侧向电阻率测井响应特征,根据电阻率幅差较大等明显特征发现生物灰岩相发育微裂缝;构建基于非线性运算的反向传播(back propagation,BP)人工神经网络,划分单井裂缝型储层;采用综合概率指数法实现全区裂缝储层分布预测,对比总结裂缝发育处与不发育处油气产量特点。研究成果为裂缝发育与油气产量的关系研究提供理论依据。

砂岩储层水平井随钻地质跟踪技术

水平井随钻地质跟踪技术是引导实钻轨迹准确入靶,确保水平井油层钻遇率的关键。影响水平井钻探主要因素有入窗靶点深度设计和实钻轨迹跟踪。为了提高水平井钻井成功率,在做好水平井地质设计和钻井设计的基础上,充分利用随钻测井和录井等资料,研究了实时岩性识别和精细对比方法,优选了入窗导向标志层,建立了水平井钻井地质模型,明确了钻头钻进方向及在目的层中的位置。研究表明:①优选入窗导向标志层,建立水平井钻井地质模型,可准确定位钻头钻进方向及在目的层中的位置;②利用随钻测井GR、RT曲线结合钻时、气测和岩屑显示特征综合分析,能实时判断水平井入窗时机。结论认为,为水平井钻井提供合理可行的地质导向方案,能成功地解决地质目标不确定性的问题,达到预期的目标。

高功率蓝紫光半导体激光器及其光场匀化研究

设计并实现了一种高功率、高光场均匀性的蓝紫光半导体激光器。采用光纤耦合技术,将28只输出功率为350mW的半导体激光器的输出激光,通过非球面透镜分别耦合进纤芯直径为400μm、数值孔径为0.22的光纤中,光纤经捆绑合束进行功率扩展后输出功率达8.1W。利用Zemax软件设计了复眼透镜组对激光光场进行整形匀化,仿真结果表明,光场均匀度从匀化前的48%提高到匀化后的86%,实验测量光场均匀度达到84.4%。为高精度3D打印技术提供了一种理想光源。

王徐庄油田薄层生物石灰岩小—微裂缝识别及建模

小—微裂缝作为王徐庄油田沙河街组薄层生物石灰岩重要的储集空间之一,因缺乏有效的测量方法和表征技术,导致其研究较为困难,影响了油气开发中流体流动能力的预测。综合岩心、岩石薄片、CT扫描、地层微电阻率扫描成像测井、常规测井等资料,对小—微裂缝的发育情况开展研究。采用PSO-BP神经网络预测研究区裂缝性储集层发育情况及分布特征,提出了离散裂缝网络模拟方法,模拟了小—微裂缝的空间展布。结果表明:小—微裂缝发育的生物石灰岩深、浅电阻率幅差较大;研究区生物石灰岩小—微裂缝较为发育,对改善储集层物性和注水受效方向有重要意义;小—微裂缝受控于断裂带和生物石灰岩沉积微相。油藏数值模拟证实,融合小—微裂缝介质的双孔双渗模型的油水关系动态拟合效果更好。

高能量全固态355nm紫外激光器

为满足脉冲激光沉积镀膜技术对激光光源的要求,研制了低重频、高能量全固态紫外激光器。采用凹凸非稳谐振腔结构,使用高速电光Q开关进行调制,通过氙灯泵浦Nd:YAG激光晶体产生1064 nm脉冲种子光,经腔外两级单通放大,得到能量大于1J的1064 nm基频光。采用LBO晶体进行倍频与和频,在重频10Hz时得到紫外光最高能量170 m J,峰值功率22 MW,脉宽7.7 ns。