激光冷加工孔穿透光谱检测技术研究

为了避免对存在空气内腔器件加工过程中对壁损伤问题,需要实时判断孔穿透状态。针对该问题提出基于激光诱导击穿光谱检测技术的飞秒激光制孔的孔穿透检测方法,选取Cr(I)521.531 nm为特征发射光谱,利用特征谱线强度的变化实现孔穿透状态的判断。设计了光谱检测实验系统并在孔加工实验过程中实现了特征光谱的采集与孔穿透状态的判断,验证了该方法在解决孔加工过程中避免产生对壁损伤问题的可行性。

飞秒激光微加工中诱导空气等离子体的超快观测研究

通过搭建飞秒时间分辨的泵浦探测阴影成像系统,研究了聚焦的飞秒激光脉冲产生空气等离子体的瞬态演化特性,并对不同聚焦条件下空气等离子体的时间特性进行了数值模拟。实验结果表明:聚焦的飞秒激光电离空气等离子体的电子瞬态密度峰值先升高后缓慢下降;同时得到了高时间分辨下的电离速度变化与电子数密度的空间分布。计算结果显示:更高的单脉冲能量对应更高的饱和电子数密度,高数值孔径聚焦条件下隧穿电离也更早出现,表明飞秒时间分辨的泵浦探测阴影成像可为超快激光微加工的瞬态过程提供观测手段,同时可对超快激光微加工过程中的等离子屏蔽效应提供机理解释与加工工艺的优化参考。

飞秒激光多脉冲烧蚀过程中飞秒时间分辨电子状态的观测研究

为研究飞秒激光加工硬脆透明材料时存在的“微裂纹”与“诱导条纹”等共性工艺问题,利用飞秒时间分辨泵浦探测阴影成像技术,对飞秒激光多脉冲烧蚀石英玻璃过程中的电子动力学过程进行成像,分析了激光脉冲电离材料初期(700 fs之前)等离子体丝的演化情况。多脉冲诱导微结构的存在使成丝区域分布在微结构的两侧与光脉冲传播的轴线方向,前者主要是由微结构侧壁对光脉冲的折射造成的,而后者则是由微结构底面与侧壁形貌不同导致的光程差引起的。实验结果揭示了多脉冲加工过程中脉冲串诱导微结构对后续光场的重塑效应,该效应影响了等离子体成丝区域与能量沉积的分布,这是共性工艺问题产生的核心机制。

利用达曼光栅灰度图去除零级光干扰

液晶空间光调制器(LCSLM)加载计算全息图实现激光分束时,会在焦平面处产生零级光干扰,为了解决这一情况,提出一种加载达曼光栅灰度图至液晶空间光调制器的方法,利用相消干涉,从而消除零级光干扰。基于模拟退火算法,求解出相位转折点集,在VirtualLab中进行仿真模拟,利用MATLAB软件编写生成达曼光栅灰度图的脚本文件,搭建基于硅基液晶空间光调制器(LCOSSLM)的验证系统,对调制效果进行测验。结果表明:通过加载达曼光栅灰度图进行激光分束,在CCD视场内明显去除了零级光干扰,且实际分束效果与仿真模拟结果相近,在一维五分束下的分束均匀度达97.190%,优于GSW算法生成的光栅形式全息图的调制效果。以大光点间距进行一维二、七分束的效果观测,分束均匀度分别达98.453%、96.820%,又进行二维分束观测,测量分束均匀度可达95.436%,且均未在CCD视场内观测到零级光。

复杂曲面多特征点匹配的喷油嘴定位技术

汽车喷油嘴的喷油孔加工一般使用工装夹具进行定位并建立坐标系,工装夹具制造精度和安装误差会导致孔径、孔形以及孔的位置与理论值有较大的偏差,从而影响喷油嘴工作的可靠性,这对柴油机的整体性能、排放指标的稳定性甚至柴油机工作的可靠性产生严重影响。基于此,提出了一种基于多特征点匹配算法的高精度自适应定位技术。通过在真实的燃油喷嘴上测量若干(最少6个)特征点的空间位置,以模型中给出的特征点测量数据为基础,计算实际工件与理论模型在机床坐标系下的精确定位参数,以此计算工件上所有待加工孔的机床参数。实验结果表明,工件定位精度小于等于0.1 mm。该定位技术能有效减小孔加工偏差,是解决燃油喷嘴定位精度的一种有效可行的方案。