铍的Nd∶YAG激光焊接阈值功率影响因素

利用Nd：YAG激光焊接了铍环，研究了不同激光入射角度和铍环直径变化对阈值功率变化的影响，得到了铍在激光焊接过程中阈值功率密度变化规律。结果表明，铍环直径大小对阈值功率密度有显著影响，随着铍环直径的增加，铍环的曲率减小，由背反射引起的调Q脉冲增强，导致出现深熔焊的阈值功率密度降低。对同一直径的铍环，激光入射角度从伊调整到30后，由于消除了背反射激光在谐振腔内形成调Q脉冲，激光焊接时出现深熔焊的临界功率密度增加。深熔焊形成的焊缝深宽比值较大，为1．0～1．5，而热传导焊形成的焊缝深宽比值较小，只有0．2左右。

半导体泵浦铷蒸气激光器阈值特性

以速率方程为基础建立理论模型,采用迭代计算方法,对单程端面泵浦铷蒸气激光器的阈值特性进行了详细研究。研究表明,铷室温度和长度对阈值泵浦功率密度的影响具有等价性,存在使阈值功率密度达到最小的最佳铷室长度与温度组合。泵浦光线宽对阈值功率密度的影响基本呈线性;泵浦光线宽越宽,泵浦光中心波长与铷原子吸收波长的偏移量对阈值功率密度的影响越小;存在最佳的铷原子吸收线宽,使阈值功率密度达到最小;为减小阈值功率密度,铷室窗口片应尽量考虑镀膜,谐振腔输出耦合率不宜大于80%。

激光直写法制备条形光波导中的功率密度阈值

采用溶胶-凝胶法(sol-gel)在Si基SiO2衬底上制备了SiO2-TiO2芯层薄膜,构成了以SiO2为下包层,空气为上包层的平面光波导。利用光纤激光器对平面波导的芯层进行直写,结合后续的化学腐蚀工艺得到了SiO2-TiO2条形光波导,并着重研究了激光直写波导过程中存在的功率密度阈值以及阈值随薄膜预热处理温度的变化关系。研究结果表明,激光直写SiO2-TiO2波导存在起始收缩阈值和烧蚀损伤阈值;随着薄膜热处理温度的提高,两个阈值同时增大,其中损伤阈值的增大趋势要大于收缩阈值;因而薄膜可承受的直写光斑直径变小,所得波导宽度显著减小。最后对直写制得条形光波导的导光性能作了测试分析,验证了波导的三维导光性。

强激光脉冲与透明固体相互作用机制

本文论述了光学元件激光辐照损伤的标准，从光子与声子相互作用的机制出发，导出了固体材料的能量吸收速率；解热传导方程，求出材料温升及温升率，以SiO2为例，得出激光阈值功率密度随脉冲时间的变化规律。理论计算与实验基本符合。

光学材料的激光损伤形态研究

提出了破坏形态因子的概念并以高功率连续激光作用下的光学材料的热力学响应为例 ,通过积分变换的方法给出激光作用期间温度场和应力场的解析形式 ,继而得到破坏形态因子的表达式及其简化形式 ,研究破坏形态因子与材料性质、激光参数的关系 。

632.8nm连续激光辐照可见光CMOS相机实验研究

开展了632.8nm连续激光辐照可见光JHSM36Bf CMOS相机实验研究,获得了632.8nm连续激光使CMOS相机单像元饱和及全屏饱和的功率密度阈值。实验证实了CMOS比CCD抗激光干扰能力更强;连续激光比脉冲激光更容易实现对CMOS相机的干扰;分析了CMOS串扰现象与CCD的不同。用饱和面积法、相关度法和均方差法3种激光干扰图像质量评价方法,定量分析了CMOS成像受激光干扰的程度。

不同波长的激光还原氧化石墨烯的规律

采用可见光波段的488nm、518nm和637nm激光对氧化石墨烯薄膜样品进行光照还原实验,并实时测量还原氧化石墨烯的透过率和电阻率,通过其变化规律表征不同波长的激光对氧化石墨烯还原程度的影响.结果表明:氧化石墨烯的透过率和电阻率在不同波长激光照射下呈现不同的变化规律.采用488nm激光照射时,在激光功率密度很小的条件下,氧化石墨烯即可发生还原反应,还原过程符合光化学还原规律;采用518nm与637nm激光照射时,只有当激光功率密度大于某一阈值时,氧化石墨烯才发生还原反应;激光波长越长,功率阈值越高;还原过程符合光热还原规律.该研究结果可为光还原石墨烯薄膜的图案化工艺改进提供参考和依据.

SUS301L不锈钢激光搭接焊工艺参数对焊缝形貌的影响

采用光纤激光器在3 mm厚不锈钢薄板上进行非熔透型激光焊试验研究。获得了不锈钢光纤激光深熔焊功率密度阈值所在区间,通过测量表征焊缝横截面尺寸的三参数:表面缝宽、中间熔宽和熔深,分析了激光功率P和焊接速度v在不同改变模式下对焊缝横截面尺寸的影响规律。结果表明,焊接速度为5 cm/s时,功率密度阈值位于3.19~3.61 k W/mm^2区间。相同程度地增大P/v,通过增大功率或降低焊速模式,表面缝宽和熔深均会随之变大,但增加功率更为有效,而对中间熔宽的影响略有不同。当保持P/v不变时,同比例增加功率和焊度,表面缝宽基本不变,中间熔宽增大,而熔深先增加后趋于稳定。采用降低焊速方式可更有效地提高搭接接头拉剪强度。

脉冲激光诱导的薄片反冲塞破坏分析

基于空间轴对称热弹性理论和最大剪应力强度理论 ,建立了脉冲激光辐照下薄片发生反冲塞破坏的一个理论模型 ,导出了薄片反冲塞的激光功率密度阈值条件。以空间均匀分布的 ms级脉冲激光辐照铜薄片为例进行了理论计算和数值模拟 ,给出了激光功率密度阈值随薄片厚度线性增加的关系 。

陶瓷涂层对中红外探测器抗激光性能的影响

中红外激光器功率的不断提高使得传统红外成像制导武器临着前所未有的激光威胁。较高能量的激光会使导引头光机系统内部产生杂散光,从而干扰导引头正常工作。为增强当前红外成像导引头内部核心器件探测器的抗激光干扰和损伤能力,本文采用新型高吸收型陶瓷涂层材料增加导引头光机系统对杂散光的吸收能力,针对高吸收型陶瓷涂层和磨砂玻璃两种漫反射材料,通过等效实验对比了不同入射激光功率对红外探测器的干扰效果。研究结果表明:采用普通漫反射材料时,探测器在功率密度101.3 mW/cm^2处达到饱和;而采用高吸收型陶瓷涂层材料后,入射激光在探测器像面上的饱和功率密度阈值增大到784.5 mW/cm^2,其抗激光干扰能力相比于普通漫反射材料提高了近8倍。本文研究结果证明了采用高吸收型陶瓷涂层材料有助于增加红外成像导引头内部光机结构的消杂散光能力,能够有效提升现役导引头抗激光干扰能力,延长红外制导武器的战场生存周期。

2μm人眼安全波段太阳光抽运激光器的理论研究

太阳光直接抽运激光器在空间光通信、遥感等领域有着重要的潜在应用,但是一直以来人们对太阳光抽运激光器的研究局限于以掺Nd3+粒子为增益介质的1μm波段.通过对现有固体激光工作物质的吸收谱进行分析,发现掺Tm3+离子在太阳辐射较强的可见光波段具有强的吸收峰,使2μm人眼安全波段实现太阳光直接抽运激光输出成为可能.本文对Tm:YAG和Tm:YAP两种常见晶体的吸收谱与太阳光谱匹配度进行了分析计算,得出两种材料用于太阳光抽运激光器的阈值抽运功率密度分别为1.14和1.434 kW/cm3.选择与抽运阈值功率密度低的Tm:YAG晶体作为增益介质,使用TracePro软件建立太阳光抽运激光器的二级抽运模型,并对模型进行优化,得到了锥形腔窗口与菲涅耳透镜的最佳距离、晶体棒的最佳长度以及锥形腔最佳锥度.本文的工作为实现太阳光直接抽运2μm激光输出做了理论上的准备.

激光辐照VO_2薄膜温度场分布及透射特性研究

为了探究VO_2薄膜受激光辐照的温度场分布,以及1 064 nm激光直接辐照100 s内至相变的激光功率密度阈值,并比较近红外和中红外波段透过率调制特性差异。首先基于COMSOL建立了薄膜受激光辐照的模型并进行了温度场仿真,然后分别测试了薄膜正反面被不同功率密度的1 064 nm激光辐照100 s内激光透过率随时间响应特性。实验中的VO_2薄膜利用分子束外延法在Al_2O_3基底上制备得到。仿真结果表明,激光功率密度为25 W獉mm^(-2)时,50 nm厚薄膜在被辐照1 ms时间内即达到相变温度。经激光辐照实验发现:50 nm厚的VO_2薄膜正反面受1 064 nm激光直接辐照100 s内至相变的功率密度阈值分别为4.1 W獉mm^(-2)和5.39 W獉mm^(-2)。30 nm厚VO_2薄膜对1 064 nmn激光的透过率调制深度约为13%,对3 459 nm激光透过率调制深度约62%,说明VO_2薄膜对近红外透过率调制特性不明显。

飞秒激光烧蚀单壁碳纳米管制备碳炔

利用重复频率为1 kHz的钛蓝宝石飞秒激光烧蚀悬浮在甲醇中的单壁碳纳米管制备碳炔。利用表面增强拉曼光谱仪和紫外可见吸收光谱仪对样品溶液进行光谱表征,并用高效液相色谱仪对样品进行分离,确认有碳炔(CnH2,n=6,8,10,12,14,16)生成,其中的主要产物是C8H2。对制备碳炔的最佳激光功率与最佳加工时间进行了研究,结果显示:当激光单脉冲能量为0.52 mJ、加工时间为1.5 h时,可以获得最高的碳炔产率。对碳炔的合成机制进行了较深入的解释。激光功率密度存在饱和阈值,该饱和阈值与C2自由基的碎裂程度有关,激光功率密度超过饱和阈值后会打破C2自由的“反向”第四键,进而影响C2自由基合成碳炔。因此,随着激光单脉冲能量增大,碳炔的产率呈现先增加后降低的现象。本研究可为碳炔的大规模制备提供重要参考。