北京工业大学光学、光学工程学科简介

一、发展沿革北京工业大学创建于1960年,当年设机械、电机、无线电、化工、数理5个系。1963年,在原机械系开始招收光学仪器专业本科生。1970年,开始进行超短脉冲激光和声光器件研究。1977年,开始招收应用物理专业本科生,以光学为特色。1978年,在原应用物理系招收激光应用研究生。1981年,获得光学硕士学位授予权。1985年,获得光学博士学位授予权,研究方向为声光学和量子电子学,首位博士生导师为徐介平教授。1992—1993年,随着左铁钏。

皮秒激光工程应用研究现状与发展分析

皮秒激光作为一种新型的能量源,具有皮秒级(?10 ps=10–11s)超短脉宽、重复频率可调范围宽和高脉冲能量等特点,有望实现包括硬脆性难加工材料在内的高精与高效兼顾的材料加工效果,在材料精细与微纳加工领域已逐步显露头角。介绍了皮秒激光与材料相互作用的基本特点和区别于其他类型激光加工的优势,总结综述近年来国内外皮秒激光在材料切割、选择性去除、深微孔加工和型面加工等几个面向工程实际应用研究的最新进展,对皮秒激光在工业领域未来应用中所面临的问题和发展方向进行分析与预测。皮秒激光的工程应用作为新型激光智能化制造手段之一将在高精高效机械制造领域具有广阔的应用前景。

基于成丝效应的超快激光加工技术工业化应用研究之探析

激光成丝是超快激光在透明介质传输中的一种非线性光学现象,来源于光克尔效应引起的激光光束自聚焦与弱电离产生的等离子体散焦之间的动态平衡,对其超长传输物理特征非衍射性的调控在研发新一代超快激光材料加工技术上具有至关重要的作用。本文面向激光制造现代工程应用的发展需求,对基于光丝效应的激光高精加工研究现状进行了调研和总结,从激光成丝物理现象、基本机制和特征优势出发,介绍了超快激光在气、液及固体不同介质中光丝引导加工工艺的研发进展,对技术发展中的问题和前景进行了思考与分析。

分布式抽运连续光纤激光器研究

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题,依据多点级联结构的耦合器,对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先,介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后,分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后,选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明:对耦合器插入损耗的研究,能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中,975 nm泵浦功率注入1.1 k W时,1 080nm激光功率输出为770 W,光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中,激光功率输出为635 W,放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入,避免了热量的集中,能够获得千瓦级的激光功率输出。

飞秒激光加工最新研究进展

飞秒激光作为一种先进的加工技术,以其"冷加工"、多光子非线性效应、突破衍射极限等特质可实现对任意材料由微纳到宏观尺度复杂三维零件的精密加工,在微纳和精密机械、微纳电子、微纳光学、表面工程、生物医学等领域展露了巨大的市场应用前景。文章重点针对近三年来飞秒激光刻蚀、切割、制孔、功能表面制备、体内加工和聚合加工的研究进展进行综述,并探讨了飞秒激光在与材料相互作用机制、加工精度、加工方式、加工对象等方面面临的机遇和挑战。

5083铝合金光纤激光-TIG复合焊接工艺研究

采用IPG YLS-6000光纤激光器和Fronius MagicWave3000job数字化焊机,对4mm厚5083H116铝合金进行了复合焊接试验。研究了电源特性、电流大小和热源间距等工艺参数对光纤激光-钨极惰性气体保护焊(TIG)复合焊接焊缝成形的影响规律,并分析了焊接接头的缺陷、显微硬度及力学性能。结果表明,光纤激光-TIG复合焊接5083铝合金,能够明显改善焊缝成形,提高焊接过程稳定性,特别是与变极性TIG电弧复合效果更为显著;光纤激光与变极性TIG电弧复合焊接,采用激光在前的方式,电弧电流150A,且热源间距不大于4mm,可以得到具有明亮金属光泽和均匀鱼鳞纹的焊缝,焊缝无气孔和裂纹缺陷,其表面有少量的下凹;复合焊接接头抗拉强度为318MPa,达到母材强度的93%,延伸率为7.6%,高于单光纤激光焊接,断口分析为韧性断裂。

激光阈值附近微孔加工方法的研究

基于各个激光参数对加工微孔的影响以及激光在阈值附近工作时光束质量较好的优点,采用声光调QNd∶YAG脉冲激光器进行阈值附近的微孔加工,在0.7mm的镀锌钢板上获得了直径为15μm的微孔,深径比超过50,打孔成功率为100%。实验证实了此方法能实现高质量微细孔的激光制备。

高强铝合金T型接头激光焊接的研究现状

分析总结了高强铝合金T型接头激光焊接存在的几个主要问题,从工艺的优劣性方面介绍了当前高强铝合金T型接头激光焊接常用的几种工艺,通过实验论证了采用填充粉末焊接高强铝合金T型接头焊接的可行性。并提出了激光加工专用粉末制粉工艺的一个新的研究方向。

皮秒激光加工研究进展与展望

皮秒激光加工作为一种先进的超快加工技术,以其"冷加工"、高重复频率和高脉冲能量等特点,可实现对多种材料高精度、高效率的微细加工,在精密机械、表面工程、生物医学等领域具有广阔的应用范围和前景。综述了皮秒激光用于金属薄板及硬脆性材料的微孔加工、切割划线以及用于钛酸锶、氧化锆等材料表面改性方面的研究进展,从工艺参数优化、配套装备改进等方面探讨了皮秒激光加工现阶段存在的问题及发展方向。

用半导体可饱和吸收镜进行LD泵浦Yb∶YAG激光器被动锁模研究

采用不同的半导体可饱和吸收镜,实现了940nm半导体直接泵浦Yb∶YAG激光器被动锁模,得到了输出中心波长分别在1030nm和1050nm,光谱半宽(FWHM)分别为1nm和2nm的稳定锁模脉冲序列,其重复频率分别为190. 24MHz和178. 6MHz 泵浦光为4W时,两种波长的平均输出功率分别为80mW和60mW。

波片提高声光Q开关关断Nd∶YAG激光能力研究

采用琼斯矢量变换的方法,分析了四分之一波片对入射椭圆偏振光偏振面的变换过程.结合声光相互作用理论和声光介质熔石英在平行和垂直于声场的两个方向具有不同声光优值的特性,理论推导了腔内引入四分之一波片后声光Q开关的布喇格衍射效率公式,计算模拟得出引入四分之一波片能够有效地提高声光Q开关关断连续Nd∶YAG激光的能力·在理论分析的基础上进行了实验验证,实验结果与理论分析符合得很好·

大功率半导体激光焊接2024和7075的试验研究

采用自主研制的1 000W半导体激光器,对2024和7075铝合金薄板进行了焊接。论文分析了不同工艺参数对于铝合金焊缝宏观成型和微观组织的影响。2024铝合金焊缝的沉淀析出物尺寸明显变小。试验研究表明焊接过程比较稳定,焊缝成型良好,得出大功率半导体激光器适合于薄铝板的焊接。

大功率掺镱双包层光纤激光器热效应分析和实验研究

文章从热传导方程和速率方程出发,对单端泵浦的大功率光纤激光器的热效应问题进行了理论分析,并对光纤径向和轴向温度分布特性进行了数值模拟;根据模拟的结果合理设计了光学元件的参数和采取了降低热效应的有效措施,在实验上获得621.6W的高功率激光连续输出,其光光斜效率为78.23%。

高硬脆陶瓷激光加工技术的研究及进展

随着陶瓷材料应用领域的不断扩大,激光在陶瓷材料加工方面的巨大潜力日趋显现。由于陶瓷材料本征的硬脆特性,使得该技术的发展中还存在许多亟待解决的问题。根据近20年有关激光宏观加工陶瓷的论文和发明专利,从加工方法的角度系统地总结分析了激光加工陶瓷材料减少热损伤的8种常用方法,并讨论了各种方法的优缺点,在此基础上对激光加工陶瓷材料的研究现状和发展前景进行评述并提出相关建议。

球墨铸铁表面激光熔覆钴基合金涂层的研究

为了研究在球墨铸铁QT600-3基体上熔覆钴基合金,采用6kW CO2激光器进行激光熔覆,用扫描电镜对激光熔覆层进行形貌观察,分析裂纹及气孔的形成原因,取得在球墨铸铁基体上熔覆钴基合金的最佳工艺参数。结果表明,球墨铸铁基体与熔覆层能形成良好的冶金结合,但熔覆功率过高使得熔覆层开裂倾向增大,过渡区及热影响区的球状石墨由原来的“牛眼状”变为单独的石墨球,石墨球外围的环状铁素体出现消溶。

聚合酶链式反应微流控芯片的准分子激光制备和应用研究

采用价格便宜的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)代替价格昂贵的硅或玻璃作为聚合酶链式反应(PCR)微流控芯片的基片材料,采用柔性大且自动化程度高的准分子激光微加工方法代替加工工艺复杂的光刻化学腐蚀方法,在19kV和18mm/min的优化加工参数下,在48mm×67mm×1mm的PMMA基片上制备出20个循环的PCR微流控芯片.芯片微通道横截面呈梯形,底面光滑.微通道宽104μm,深56μm,长2060mm,加工耗时约110min.该芯片和相同尺寸的盖片在160N和105℃条件下通过热压经20min键合在一起,键合强度为0.85MPa.键合后的芯片和温控系统集成在一起,采用比例积分微分(PID)方法得到的控温精度为±0.2℃,采用红外热像仪得到的相邻温区间的温度梯度分别为16.5和22.2℃,最后利用该芯片在对170bp的DNA片段实现了体外扩增.

基于激光微技术的光谱检测“集成缩微”的研究

为了满足μ-TAS领域对光谱微检测提出的'功能集成与结构缩微'的技术要求,利用激光微技术获得了光谱微检测技术的核心部件,即百微米级微光波导管,并对光谱微检测在μ-TAS生化芯片中的应用方案进行了研究.结果表明,利用激光微加工技术将微检测系统集成到微型全分析系统生化芯片中具有非常广阔的应用前景.

双光束激光焊接的试验研究

双光束激光焊接因其良好的过程稳定性和低的气孔率已经成为激光焊接的一个研究方向,本实验以45号钢为材料研究了成一定角度的CO2激光双光束的焊接特性。通过观察焊缝外貌形态和截面形状,研究焦斑间距和其他工艺参数对一定角度的双光束焊接的影响。

5083船用铝合金激光焊接不稳定性研究

采用Rofin Sinar公司3500W扩散冷却板条CO2激光器对船用5083铝合金(厚度为4mm)进行焊接试验。试验结果表明:激光焊接条件、激光工艺参数以及辅助气体成分对激光焊接过程的稳定性以及焊缝的表面成形影响很大。分析了引起5083铝合金激光焊接过程不稳定性以及表面成形差的可能原因。

碱金属激光器问题分析与研究展望

简要概述了半导体泵浦碱金属激光器(DPAL)的产生背景与独特优势,以其特性为基础、应用为导向,基于国内外最新进展分析了谱线匹配、连续稳定运转和提高输出功率这三大问题,并对新型复合受激态准分子宽带泵浦碱金属激光器(XPAL)的基本原理及优缺点进行了阐述。通过对碱金属激光器现有解决思路进行对比和总结,在能级理论和缓冲气体作用机理、泵浦机理和腔结构以及高功率定标放大等方面,对未来可能的研究方向进行了展望,以期突破DPAL相关技术瓶颈,实现高能量高光束质量的红外激光输出。