低重复频率被动锁模半导体碟片激光器

锁模半导体碟片激光器(semiconductor disk laser,SDL)兼具输出功率高与光束质量好的优点,但半导体增益介质ns量级很短的载流子寿命限制了锁模脉冲重复频率的降低,因而在一定程度上限制了锁模脉冲峰值功率的提高.本工作中增益芯片内较浅的量子阱所对应的载流子寿命相对较长,结合特殊设计的较小饱和通量的半导体可饱和吸收镜(semiconductor saturable absorption mirror,SESAM),获得了低重复频率、高峰值功率的被动锁模SDL.当温度为12℃时,利用六镜谐振腔产生的被动锁模激光脉冲重复频率低至78 MHz,为迄今为止在SESAM锁模SDL中所获得的最低重复频率.锁模SDL的平均输出功率为2.1 W,脉冲宽度为2.08 ps,对应的脉冲的峰值功率12.8 kW,为已有报道最高值的近2倍.

碟片激光器激光淬火过程数值模拟与试验研究

目的通过模拟计算得出45钢激光淬火温度场的瞬变规律和微观组织相变规律,得出马氏体的形成与转变程度,测出淬火相变硬化的层深与层宽。方法基于COMSOL Multiphysics建立碟片激光器对45钢激光淬火过程的热力耦合模型,利用JMatpro计算45钢激光淬火过程中的物性参数变化,对模型物性参数进行修改,并以4000W碟片激光器对45钢进行激光淬火试验,通过Axioskop2扫描电子显微镜、Zeiss-∑IGMA HD场发射电子显微镜、HXS-1000A显微硬度仪分析45钢淬火组织和相变硬化规律。结果相同功率下,碟片激光器与传统激光器相比,激光淬火相变硬化层及热影响区明显增大,相变界限清晰,淬火影响区呈高斯分布,完全相变区组织转变效果较好,热影响过渡区沿高斯弧线近似等距分布。激光淬火层由表及里依次为完全淬火相变区、不完全淬火区和芯部基体,完全淬火区形成致密细小的针状马氏体和少量残余奥氏体,淬硬层呈高斯分布,深达1084.589μm,最大宽度9761.989μm,硬度达到799HV,不完全淬火区厚度为361.533μm。结论试验结果与模拟计算结果吻合,COMSOL可实现对激光淬火过程的有效模拟。

40通碟片激光器泵浦系统设计与稳定性研究

碟片激光器在工业制造、科学研究及军事等领域有重大需求,为了满足某型碟片激光器的要求,设计了40通碟片激光器泵浦系统,并对系统进行了仿真。结果表明:40通碟片激光器泵浦系统,在抛物面镜及碟片安装方面具有较高的要求,因此在设计时需要进行较高的关注。

全固态碟片激光器的多孔泡沫热沉传热特性研究

高功率全固态碟片激光器在运行中产生的热透镜效应会引起激光器输出功率降低、光束质量退变,针对该问题本文将多孔碳化硅泡沫和毫米通道引入到全固态碟片激光器的换热热沉中,并将其应用于多冲程泵浦的全固态碟片激光器.利用有限元分析软件对其结构模型参数进行了优化,当碳化硅厚度为2 mm,孔隙率为40%,入水口压力为4 kg(0.4 MPa)时,系统理论换热系数为1.51×10^5 W/m^2·K,实验测量结果为1.45×10^5 W/m^2·K,理论和实验结果较为接近,验证了理论模型的正确性.最后利用该新型热沉搭建了基于Yb∶YAG的24冲程全固态碟片激光器实验装置,获得输出功率为393 W,波长为1030 nm的连续激光输出,光-光转换效率达到52%,光束参数乘积为5.918 mm·mrad.

GaSb基光泵浦半导体碟片激光器的研究进展(特邀)

GaSb基光泵浦半导体碟片激光器(OP-SDLs)可以获得高光束质量和高功率的红外激光输出,是近年来新型中红外激光器件研究领域的热点。文中介绍了GaSb基光泵浦半导体碟片激光器增益芯片的外延结构和工作原理,综述了2μm波段GaSb基泵浦半导体碟片激光器的研究进展,讨论了该类激光器的波长扩展、功率提升、实现窄线宽短脉冲发射和有效热管理关键问题,评述了性能发展的主要技术方向和应用前景。

全固态Yb:YAG碟片激光器特性研究

全固态碟片激光器因其具有较高的光学效率、输出功率和光束质量而被广泛的关注。本文从Yb:YAG的晶体特性、Yb3+掺杂浓度和键合YAG热沉出发,分析了碟片激光器高性能输出的原因和实验条件,重点对比了940nm和969nm波长泵浦下碟片激光器的光学效率,并且概述了碟片激光器国内外的发展现状。

厚10 mm不锈钢大功率碟片激光焊接及影响因素研究

为了实现10 mm厚304不锈钢的单道激光焊接,在10 k W碟片激光焊接设备上进行了全熔透焊接工艺试验研究,分析了不同焊接速度、离焦量、激光功率对焊接质量的影响。在显微镜下观察焊缝横截面形貌及测量几何尺寸。结果表明,焊接速度较低时,上下表面容易出现烧蚀,焊接速度较高时,会出现底部驼峰;离焦量影响激光聚焦位置,负离焦较大时会降低激光能量利用率,负离焦较小时会导致表面烧蚀,对于10 mm厚工件,离焦量为-3 mm时较好。激光功率对焊缝熔深影响较大,激光功率较小时不足以形成全熔透焊缝。拉伸试验结果表明,焊缝抗拉强度平均为639.6 MPa,达到母材抗拉强度的95.5%;屈服强度平均为297.6 MPa,达到母材屈服强度的99.2%;伸长率平均为61.2%,达到母材伸长率的95.5%。

大功率碟片激光切割汽车零件工艺研究

针对碟片激光切割加工工艺的复杂性,主要研究了大功率碟片激光切割理论与切割工艺。首先研究了大功率碟片激光器与切割碳钢的工艺理论;其次研究了碟片激光氧化切割工艺与激光穿孔技术;最后通过碟片激光切割试验台,以汽车碳钢零件为试验对象,设计试验方法与试验流程,验证了碟片激光切割碳钢材料的速度与激光功率成正相关。选用合理的切割和穿孔参数解决了碟片激光器切割碳钢穿孔等技术问题,提高了汽车零件的激光切割效率与切割质量。

碟片激光器原理及其在工业、军事和科研中的应用(特邀)

自从20世纪90年代提出了碟片激光器以来,其作为一种高功率光源而受到广泛关注。碟片激光器与传统的固体激光器相比,它的工作物质是非常薄的薄片,因此在很大程度上可以改善晶体的热效应问题,具有高光束质量、高转换效率、高输出功率等优点,拥有良好的发展前景。文中提供了一个关于碟片激光器原理的概述,总结了其关键技术及在工业、军事和科研方面的应用,并对其未来发展趋势做出预测。

高功率固体激光器的设计与研究——以碟片激光器增益晶体的冷却方案为例

概括介绍了当今流行的冷却/散热技术,并研究了现在碟片激光器增益晶体常用的直接或热沉水冲击冷却的冷却方案,进一步探讨了激光器增益晶体如何才能更好地冷却,从而为其承载更高功率密度的激光光斑打下基础。在此基础上将目前流行的一些散热/冷却技术运用于此方案中,以对此方案进行大幅度改进,并对改进后的方案进行仿真模拟,预计其可行性以及效果。最终综合以上分析得出了一个较为理想的方案并说明了此方案的优势。

S51550不锈钢碟片激光焊接工艺研究

S51550不锈钢广泛应用于汽车、飞行器等制造领域。为了解决激光焊接该材料存在的凹陷、咬边、气孔和背面未熔合等焊接缺陷问题,采用通快TruDisk1200 3碟片激光器分别焊接3 mm和4 mm厚的S51550不锈钢板,研究接头结构和焊接参数对熔透性的影响,焊接功率、焊接速度对焊缝成形的影响以及接头结构、保护气种类对气孔产生的影响。通过扫描电子显微镜观察焊接接头,EDS测定了熔池内部气孔成分并且分析了气孔的可能成因。得到了3 mm和4 mm的S51550的理想焊接工艺条件。在此条件下焊缝形貌良好,且抗拉强度为母材的96%。

低温Yb:YAG碟片激光器

Yb∶YAG晶体具有较高的损伤阈值、较长的荧光寿命和良好的力学性能且便于生长加工。在液氮温区,Yb∶YAG从准三能级结构转变为四能级结构,饱和通量下降至损伤阈值以下,并且热导率大幅提升、热膨胀系数大幅下降,因此基于低温冷却的Yb∶YAG晶体有望支持高重复频率高能量激光脉冲的输出。本团队积极探索低温Yb∶YAG激光放大技术,前期采用低温棒状Yb∶YAG晶体进行了激光放大,获得了重复频率为1 kHz、脉冲能量为61 mJ的单模纳秒激光。为进一步克服热效应并提升功率和能量,我们开展了低温Yb∶YAG碟片激光器放大技术研究。

大功率碟片激光焊接焊缝截面形貌研究

采用10kW碟片激光器,研究了8mm厚304不锈钢碟片激光焊接过程中形成的焊缝截面形貌,讨论了焊接速度、激光功率对焊缝截面形貌形成的影响规律。结果表明,在大功率碟片激光焊接过程中,形成的焊缝截面形貌包括I形和钉子形。在焊接过程中,随着焊接速度的增大,焊缝截面形貌由I形向钉子形转变;随着激光功率的增大,焊缝截面形貌由钉子形向I形变化,同时焊缝截面形貌从I形转变为钉子的焊接速度增大。通过调整焊接速度与激光功率,可以对焊缝截面形貌进行有效控制。

碟片激光器激光淬火功率对45钢组织与性能的影响

基于4000 W碟片激光器,对退火态45钢进行不同激光淬火功率下的激光淬火试验,分析了不同功率参数对退火态45钢显微组织、硬度的影响,将激光淬火和常规热处理下的耐磨性进行了比较。通过扫描电镜、显微硬度计和销盘磨损仪对试样进行分析。结果表明:完全淬火区为致密细小的针状马氏体和少量残留奥氏体,过渡区中的马氏体逐渐减少,代之为珠光体和铁素体。过渡区沿高斯弧线近似等距分布;随着激光功率减小,淬火区深度和高斯宽度会减小,过渡区厚度增加。完全相变区硬度纵向呈现先减小后增大的小幅波动,过渡区硬度呈递减趋势;淬火区横向硬度分布呈现出光路中心区域硬度最大,远离光路中心向两侧逐渐递减趋势;增加激光功率有利于提高表面硬度横向分布的均匀性。同等条件下碟片激光器激光淬火耐磨性提高明显。

基于变形镜的碟片激光器基模谐振腔动态补偿

碟片激光器因具有高峰值功率与大能量等特性备受青睐,但在输出高功率激光的同时碟片晶体也极易受到热效应的影响而发生形变,致使光束质量劣化。设计并制作了一种简单的变形镜来补偿碟片晶体的光焦度变化。通过调节气室的气压,变形镜的曲率半径可以实现在2.050 m至+∞之间调整。基于此变形镜,碟片激光器的工作点能够随着光焦度的改变而同步移动。碟片上的激光光斑半径在整个泵浦范围内保持不变。因此碟片激光器可以保持工作在基模而激光光束质量因子M^(2)从阈值至最大激光输出均不超过1.2。

高功率碟片激光扫描焊接工艺研究

为了实现薄板材料的高功率激光扫描焊接工艺,将高功率碟片激光与振镜结合,在2mm碳钢表面进行了激光扫描焊接试验,对激光扫描焊接焊缝截面尺寸及组织进行了研究,分析了焊接速度对熔深熔宽的影响规律,并采用1mm碳钢进行了搭接焊接试验。结果表明,在激光功率5kW,扫描速度30mm/s时,可获得2mm厚的熔深,而随着焊接速度的增大,焊缝熔深、深宽比逐渐减小,焊缝熔宽变化幅度较小。搭接焊接结果表明,激光扫描焊接能够获得良好的接头,拉伸测试表明接头强度高于母材。

应用碟片式激光器及二极管激光器加工优化汽车生产成本

由于应用碟片式激光器及二极管激光器加工是一种标准化的生产系统。如果产品是崭新的设计，工作流程就不需额外的工具，与传统焊接方法相比。可大量节省生产每个组件的成本。

激光焊接的特性

激光焊接特性和激光焊接工艺有紧密的联系,掌握激光焊接特性、制定良好的激光焊接工艺过程才能够实现良好的焊接质量,因此研究激光焊接特性有很重要的意义。对光的波长和用途,特别是对激光的波长和用途作了较详细的说明。在激光焊接方面,以激光焊接热源—激光器,以及其输出特性—光束质量入手,来阐述不同种类的激光在不同输出功率下输出的光束质量的特性,结合实例对激光焊接的几大焊接特性以及激光焊接时容易出现的问题及解决方法进行了论述。阐述了激光焊接的发展前景。

激光熔覆工艺热-弹-塑-流多场耦合数值模拟与试验

熔覆过程存在极其复杂的传热及热-弹-塑-流多场耦合变化,将影响对流、传热、传质、凝固和相变,而熔覆中的急冷急热会产生复杂的残余应力与变形,产生熔覆裂纹,影响熔覆层质量。揭示熔覆过程中多场耦合演变机理是控制和避免产生熔覆裂纹的关键。文中以CALPHAD法计算温变物性参数,建立了碟片激光器激光熔覆过程多场耦合模型,综合考虑了光束与粉末间的相互作用,熔池表面张力、浮力对液态金属流动的影响,熔覆带的瞬时变化,计算得出了熔覆过程温度场、速度场、应力场的瞬时变化规律。运用Zeiss-?IGMA HD扫描电镜进行金相实验,验证了所建模型的准确性。计算表明:形成近似2 mm×1.5 mm×1 mm椭球体熔池,最高温度在光斑中心偏后位置;700 ms后,等效热应力稳定在548 MPa左右,熔池底部热应力最大。该研究为减小和消除残余应力提供了有效途径与方法。