离焦量对空气中纳秒激光打孔效率的影响

用波长1.06μm,脉冲半峰全宽(FWHM)约10 ns的Nd∶YAG激光照射在薄铜靶上,研究了打孔效率同离焦量之间的关系。实验中脉冲能量分别为26 mJ,52 mJ,85 mJ,204 mJ和274 mJ,在各脉冲能量下,改变离焦量,测出相应的打孔效率。结果表明,离焦量是影响打孔效率的重要因素;实际打孔过程中,采用较低的激光功率密度和+3^+4 mm的离焦量是合理的选择。当离焦量d<0时,打孔效率主要由激光照射产生的热烧蚀、等离子体屏蔽两个物理机制决定;当离焦量d>0时,打孔效率是激光照射产生的热烧蚀、等离子体屏蔽和焦斑处空气等离子体辐射的促吸收效应共同作用的结果。

水中薄片激光打孔反常现象的分析

在其它条件相同的情况下,水中激光在金属薄片上的打孔效率远高于空气中的打孔效率。采用自行研制的基于光偏转原理的力学传感器,分别测量了激光在空气和水中烧蚀薄片时薄片表面所受的力。实验结果表明,激光在空气中烧蚀薄片时,靶材仅受到烧蚀力的作用,而在水中打靶时,靶受到烧蚀力和两次射流冲力等综合作用,且水中的三次冲力在幅值和持续时间均远大于空气中靶材所受的冲力,并用扫描电子显微镜观察了孔的形貌,进而分析了水下激光打孔效率远高于空气中打孔效率的机制。

复合激光打孔最佳匹配参量的研究

为了有效提高激光打孔的速率和激光能量的利用率,采用长脉冲激光和短脉冲激光空间叠加打孔的方法,对复合激光打孔的最佳匹配参量进行了理论和实验研究。建立复合激光打孔最佳匹配模型,以熔融物的产生和去除达到平衡为准则,理论计算得出长脉冲激光和短脉冲激光的最佳匹配参量和最佳匹配情况下的复合激光打孔速率。同时进行了毫秒脉冲和纳秒脉冲的Nd∶YAG激光器复合作用于5mm的不锈钢板的打孔实验。结果表明,在实验中得到的最佳匹配参量下,复合激光打孔速率相比于毫秒脉冲激光单独打孔最大提高了3.3倍。实验和理论模型均证明了复合激光打孔在最佳匹配状态下,打孔速率达到最大,激光能量得到充分利用。