圆柱体腔振动稳定性研究

为了降低环境振动对光学谐振腔稳定性的影响,设计了对振动不敏感的超稳腔,采用有限元数值模拟的方法,通过改变相关参量,对两U型片支撑和双横梁支撑两种圆柱体腔的支撑方式进行了数值模拟,得到了腔体的形变图。结果表明,通过改进腔的支撑方式和调整支撑位置,可以降低腔长对振动的敏感度,找到腔长变化最小且两腔镜平行的关键支撑位置。该结果可用于激光稳频和高精密激光光谱实验中。     

一种优化超稳光学腔的数值方法

为了降低超稳光学腔的振动敏感度,在综合考虑振动所导致的腔镜位移及转动后,定义了一个新的表征腔体振动敏感度的参量。采用有限元数值分析方法,用所定义的单一参量优化了一个典型的立式超稳光学腔。优化过程考虑了腔体端面直径、支撑孔位置和深度等关键几何参量。结果表明,优化后的腔体结构和支撑方式可以明显降低超稳腔对振动的敏感度,腔体稳定性比优化前提高1.5倍。该优化方法操作性强,能够有效提升超稳腔仿真和设计的效率。     

法布里珀罗腔振动敏感度的分析

法布里珀罗腔被用作高稳定光频振荡器的频率参考。腔长的稳定性会受到由于振动导致的腔体形变的破坏,进而使激光器产生频率噪声。通常采用有限元分析来考察光腔在任意加速度下的弹性形变。推导出了由腔镜的位移和倾斜带来的腔长变化的通用表达式,表达式明确地给出了光腔形变和其导致的振动敏感度之间的关系。根据该方法,分析了一种水平光学腔的振动敏感度,并且通过优化支撑结构降低了光学腔对振动的敏感性。此外,设计了一种小型振动平台,可以在三个相互垂直的方向对腔体施加振动。     

具有振动免疫特性光学谐振腔设计方法研究

窄线宽稳频激光是研制光学原子钟、引力波探测、 光学频率合成器以及低噪声微波源等研究的核心部分,由振动噪声引起的频率噪声已成为实 现具有更窄线宽、更高频率稳定度 激光的主要限制性因素。本文利用Ansys有限元分析的方法,通过优化参考腔的切割深度和 支撑位置以及ULE环的尺寸,使得腔镜在振动作用下保持平行同时腔镜各点均具有较低的振 动敏感度,避免了由于装配误差引起腔长变化的问题。在对光学参考腔几何尺寸优化设计后,对光学谐振腔不同频率处的振动敏感度进行测试及分析,结果表明在最佳支撑位置下空间三轴方向的振动敏感度均可被抑制至 10－10 g－1量级,实验结果和仿真结果相吻合。此方法为振动免 疫结构腔体的设计提供了一种思路,也为进一步实现具有更高频率稳定度、更窄线宽激光奠 定了基础。     

基于PDH技术的光学传递腔的锁定

要实现分子激光冷却,一般需要多束频率稳定的窄线宽激光。提出采用Pound-Drever-Hall(PDH)技术将冷却激光通过光学传递腔的方法锁定到铷原子饱和吸收稳频的半导体激光上,从而实现冷却激光线宽压窄和频率长时稳定的实验方案。设计并制作了法布里-珀罗(F-P)光学腔,建立了光学稳频系统,实现了光学腔到参考光源的锁定。     

高功率光纤激光器喇曼效应的数值分析

为了研究掺镱双包层高功率光纤激光器的结构参量对喇曼效应的影响,利用数值模拟方法求解有关抽运光、激光和斯托克斯波的稳态速率方程组,得到了激光和斯托克斯波在光纤轴向的分布特性,以及喇曼阈值抽运功率与光纤激光器结构参量的关系.结果表明,当光纤激光器采用大模面积、短腔长、小斯托克斯波辐射截面和长激光波长的结构参量时,能显著提高喇曼阈值抽运功率,降低喇曼效应.     

四频差动激光陀螺腔长敏感性的研究

为了改善四频差动激光陀螺的性能,研究了腔长敏感性随温度和工作电流变化的规律。利用气体激光器模牵引效应的经典公式,推导了四频差动激光陀螺腔长敏感性的表达式。通过扫模实验研究了腔长敏感性与温度、放电电流的关系。实验结果表明:温度越高,腔长敏感性越小;放电电流越小,腔长敏感性越小。因此采取较小的放电电流可降低四频差动激光陀螺的腔长敏感性,降低稳频误差的影响。     

场转动环形非稳腔的空间平均效应研究

将光束绕光轴旋转的思想应用于改善固体激光谐振腔失调,增益不均匀,泵浦热效应等问题。设计了束转动环形非稳固体激光腔。采用快速傅里叶变换的方法,对束转动环形非稳腔的空间平均效应进行了数值模拟,发现对于固体激光器不同的泵浦方式,光束旋转产生的空间平均效应不同,其效果与光束旋转特点、泵浦方式、腔的放大率、束转动角度等有关。本文对几种不同形式的增益不均匀进行计算,对于增益介质横截面一维方向不均匀和角向不均匀的情况,束转动90°环形非稳腔能有效补偿空间不均匀。得到的结论为束转动90°环形非稳腔的优化设计和应用提供理论依据。     

双端面抽运Nd:YVO_4激光器的理论和实验研究

基于传输矩阵理论,针对双端面抽运的"Z"型折叠腔Nd∶YVO_4 激光器的谐振腔设计进行了数值模拟,着重分析和比较了不同腔型稳定性的变化情况."Z"型折叠腔中关于臂长的选择对于稳定性影响较大,平凹腔在较低的泵浦功率范围更加稳定,双凹腔的稳区范围较小,但是却更适合在高泵浦功率下工作.分别采用平-凹和双凹腔型对Nd∶YVO_4的1 064 nm连续激光进行了研究,在相同腔长不同腔型下分别获得了稳定的1 064 nm高功率激光输出,谐振腔稳区范围和输出功率变化规律与理论计算吻合.     

Cr4+:YAG飞秒脉冲激光器光路结构的优化设计

通过理论分析和数值计算,对Cr4+:YAG飞秒脉冲激光器光路结构的优化设计进行了研究.提出了在谐振腔内插入一薄聚焦透镜代替另一折叠镜以降低光路的复杂性.为研究起色散补偿作用的棱镜对对腔的稳定性和像散带来的影响,导出了棱镜对的光传输矩阵.通过编程计算得出了连续运转和锁模运转两种工作方式下的不同参数的谐振腔稳区图,对激光器工作点的选择做出了论述.定义了像散补偿失配因子F,做出了像散补偿区域分布图.指出F<0.05的区域具有良好的像散补偿特性,也是激光器光路结构参数设计必须要考虑的重要方面.论证了改变抽运光聚焦透镜的位置可实现抽运光与腔内振荡光的匹配.     

钛合金表面激光熔覆TiC/Ti-Ti2Co涂层耐磨性

为了提高钛合金的耐磨性能,以Co基合金粉末、钛粉和活性碳为原料,利用激光熔覆技术在TC4钛合金基材表面制得以原位自生TiC为增强相的耐磨涂层,用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪等分析了涂层的显微组织、相组成及成分,在室温干滑动磨损条件下测试了涂层的室温耐磨性能.结果表明,原位生成的TiC增强相主要以发达...     

激光熔覆制备钛基耐磨功能梯度材料

以Ti, 陶瓷粉末和镍基自熔合金粉末按一定比例配置的混合粉末作为预置合金涂层，采用CO2气体激光进行多层熔覆，在Ti600合金表面制备出摩擦磨损性能沿厚度方向呈梯度变化的钛基功能梯度材料(FGM)。利用扫描电镜(SEM)及X射线能谱仪(EDX)分析了材料的微观组织和成份。结果表明，采用合适的合金粉末成份和激光熔覆工艺参数，可以获得原位自生TiC增强颗粒弥散分布且其含量呈梯度变化的钛基功能梯度材料。熔覆层组织均匀细密，各熔覆层之间无明显界限，且与基体呈良好冶金结合。     

1Cr18Ni9Ti激光相变硬化层组织及性能

为了探讨1Cr18Ni9Ti不锈钢组织及性能的变化,采用激光相变硬化处理的方法,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、磨损试验机、恒电位仪等研究了激光相变硬化层的组织及性能。进行了理论分析和实验验证,取得了激光相变硬化层的硬度、耐磨性、耐蚀性数据。结果表明,激光相变硬化层主要由奥氏体、马氏体、Fe-(Cr,Ni)以及Fe等组成。随着激光功率的增大,平均显微硬度先增加后减小,在功率为750W时,平均显微硬度达最大值,为223.5HK;在功率为550W时,耐磨性最好,磨损率为基体的56%。激光相变硬化处理后耐蚀性增强;最小的维钝电流密度是基体的33%,最大的钝化稳定区长度是基体的7倍。这一结果对研究1Cr18Ni9Ti不锈钢组织及性能的转变是有帮助的。     

沉积温度对Ti—B—N复合薄膜微结构及力学性能的影响

采用多靶轮流溅射技术，用Ｔｉ和六方氮化硼（ｈ－ＢＮ）反应合成了Ｔｉ－Ｂ－Ｎ薄膜，采用ＸＲＤ、ＴＥＭ和显微硬度计研究了薄膜的微结构及其力学性能。结果表明，室温下沉积的Ｔｉ－Ｂ－Ｎ薄膜为非晶体的Ｔｉ（Ｎ，Ｂ）化合物，其硬度达到ＨＫ２４７０；高温下沉积的薄膜为ＴｉＮ结构类型的Ｔｉ（Ｎ，Ｂ）晶体，薄膜在晶化后硬度略有降低。     

激光熔覆制备TiC颗粒增强涂层的组织和性能

为了改进TC4 钛合金的耐磨性能,开发具有热应力缓和功能的梯度涂层,在对梯度涂层优化设计的基础上,采用激光熔覆的方法在TC4 钛合金的表面上制备耐磨钛基功能梯度（Ti-FGM）复合涂层,观察了微观组织,测量了Ti-FGM 涂层和基材在大气环境室温下的摩擦磨损性能和显微硬度。结果表明:原位自生的增强相TiC 颗粒均匀分布在梯度功能耐磨熔覆层中,微观组织沿熔覆方向呈现粗大树枝晶到颗粒状晶体的变化。复合涂层硬度呈现梯度上升趋势且涂层顶部表现出较优异的耐磨性能。     

核阀密封面激光熔覆层耐磨性能研究

采用 5KW横流CO2激光器对 1Cr1 8Ni9Ti核阀密封面进行了钴基合金激光熔覆处理 ,测试了激光熔覆层的耐磨损性能 ,并将其微观结构及质量、耐磨损性能与等离子喷焊处理的同种试件进行了对比分析 ,结果表明 :激光熔覆层具有更高的抗擦伤磨损和抗高温冲击滑动磨损的性能 ,具有组织细密均匀、晶粒度高、硬度高与稀释率低的特点。在此基础上对激光熔覆层的耐磨损性能进行了分析探讨     

TiOx层在Pt/Ti电极中对Ti扩散的抑制作用

采用直流磁控溅射方法在SiO2/Si衬底上制备出Pt/Ti和Pt/TiOx底电极。用XRD分析其晶相结构,用AFM测量其晶粒尺寸和表面粗糙度。结果表明,用TiOx层代替金属Ti后,能有效地抑制在高温环境下Ti原子向Pt层扩散,使电极表面粗糙度减小(粗糙度为2.99 nm)。     

钛合金表面激光熔覆（Ti＋Al/Ni）/（Cr2O3＋CeO2）复合涂层组织写耐磨性能

为改进钛合金(Ti6A14V)的耐磨性能,应用脉冲Nd:YAG激光器进行了钛合金表面熔覆(Ti Al/Ni) (Cr_2O_3 CeO_2)复合涂层实验,分析了熔覆层微观组织,测试了熔覆层显微硬度及其在大气环境室温下的摩擦磨损性能。结果表明,熔覆层组织是在细小树枝晶和共晶基体上散布着未熔Cr_2O_3颗粒和白亮球状液析Cr_2O_3,及生成的硬化TiAl陶瓷颗粒增强相。显微硬度明显提高,最高可达1150HV,平均是基材的3～4倍。熔覆层和基材实现良好冶金结合,白亮熔合区宽度为10～20μm。激光熔覆层干滑动摩损的摩擦系数在0．2～0．3之间,磨损率比Ti6A14V标样降低约4～5倍。     

镍-磷-纳米氧化铝化学镀层的激光热处理及其摩擦磨损性能

用化学镀技术在中碳钢基片上制备镍-磷-纳米氧化铝复合镀层,并用CO2激光在多种扫描速度及功率密度下对镀层进行热处理.采用能谱(EDS),扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)、划痕实验和球盘式摩擦磨损实验对镀层的成分、结构形貌、结合力和摩擦学性能等进行表征,并考察工艺参数对镀层结构和耐磨性能的影响.结果表明,激光热处理后镀层由非晶态变为晶态,析出Ni和Ni3P相,而Al2O3仍呈非晶态;镀层硬度因相变硬化而显著提高,表面粗糙度增加和相结构的改变导致摩擦系数上升,镀层结合力小幅度下降,其主要磨损机制为磨粒磨损.在扫描速度1.5~3.0 m/min,激光功率密度5.0~8.3 kW/cm2范围内,镀层硬度高、耐磨性能优异,最低磨损率为1.21×10-5mm3/(N·m).     

N2和Ar气氛下激光原位合成TiN/钛基复合涂层

分别以高纯N2和高纯Ar为保护气体,在TC4钛合金基材表面激光原位合成了TiN/钛基复合涂层。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和显微硬度计对复合涂层的微观结构和力学性能进行了分析,通过空气电阻炉初步测试了复合涂层的相对高温耐氧化性。结果表明,Ar气氛下原位合成的复合涂层含有较多未完全反应的Ti相,组织均匀性较差,涂层截面显微硬度分布不均;而N2气氛下的原位合成反应比较充分,原位合成复合涂层主要由TiN和Ti3Al两相组成,涂层组织均匀致密,含较多高硬度TiN相,显微硬度自基体至涂层过渡平缓,且平均显微硬度较Ar气氛下复合涂层高约40.7%,600 ℃和800 ℃的相对耐氧化性值分别是TC4基体钛合金的6.83倍和1.94倍,较Ar气氛下的复合涂层提高约17.96%和19.75%。