电子俘获材料的皮秒红外脉冲激励发光

在经过标定的Nd:YAG激光器产生的超短红外脉冲激光激励下,采用双光束入射、单脉冲测量方案,利用可见光条纹相机研究了电子俘获材料CaS:Eu,Sm的红外上转换发光情况,结果表明:在λ=1.064 μm,FWHM=19.2 ps的红外脉冲激光作用下,这类材料红外上转换发光的FWHM优于14.3 ps.     

高峰值功率微片激光器及其在LIBS中的应用

利用Nd3+:YAG/Cr4+:YAG键合晶体分别研究了被动调Q的单体和半外腔结构激光器的高峰值功率短脉冲激光特性,发现半外腔结构的被动调Q激光器具有产生脉冲宽度小于1ns、单脉冲能量达1mJ、峰值功率超过1 MW的潜力,远远优于单体激光器可以获得的单脉冲激光能量和激光峰值功率。利用所研制的半外腔结构被动调Q激光器,并结合自行研制的高分辨率光纤光谱仪,开展了激光诱导击穿光谱(LIBS)技术研究,针对标准铁合金样品和溶液中的Pb重金属离子,得到了较好的定性分析结果和定量关系曲线。     

同点间隔多次激光微织构工艺研究

探讨了单脉冲同点间隔多次(SPI)工艺对激光微织构加工效果的影响。采用纳秒倍频Nd3+∶YAG激光器在45钢表面进行激光微织构实验,研究激光能量密度、脉冲个数对微凹腔几何形貌参数的影响规律;分析烧蚀所致表面等离子体对激光吸收率的影响;并从实验和温度场模拟角度,对比分析了SPI工艺相比同点连续多次工艺的特点及技术优势。结果表明:随激光能量密度增加,微凹腔直径呈对数函数关系增加,而凹腔深度则随之先增大后趋于平稳,最后略微下降。作用脉冲个数对凹腔直径影响不明显,但凹腔深度随之呈线性增加。较之同点连续多次工艺,SPI工艺能最大限度降低激光加工产生的负面热效应,且多脉冲作用对微织构内部形貌具有"平滑"作用;同时,在保证单个脉冲材料去除率的条件下,提高了激光加工高质量微织构的总效率。     

二极管抽运国产Yb:YAG陶瓷高功率被动调Q激光器

报道了激光二极管(LD)抽运的国产Yb:YAG陶瓷高功率被动调Q激光器。实验中使用半导体可饱和吸收镜(SESAM)作为调Q元件,在6.3 W的吸收抽运功率下得到了被动调Q激光脉冲输出。调Q激光脉冲的最大平均输出功率为1.24 W,脉冲宽度为2.93μs,重复频率为31kHz,单脉冲能量为40μJ。国产Yb:YAG陶瓷的连续激光和调Q激光的性能研究表明,高质量国产Yb:YAG陶瓷在高功率短脉冲固体激光器方面有潜在的应用价值。     

低真空中脉冲激光烧蚀凹腔的实验分析

在低真空条件下,利用Nd:YAG激光器产生的波长532nm、脉宽4.4ns的脉冲激光聚焦在置于低真空中的于钢铁样品,分析了激光作用后形成的凹腔形貌与激光能量密度、脉冲个数的关系。结果显示,凹腔的直径和深度随激光能量密度及脉冲个数的增大而增加,并且在能量密度小于20GW/cm~2及脉冲个数小于100的情况下凹腔的直径和深度增幅更为明显,反之,其增加趋势变缓。     

脉冲Nd:YAG激光对薄层聚氨酯材料打孔

激光打孔是一种精度高、操作简便的材料表面修饰物理手段.以往研究曾使用准分子和飞秒级钛宝石激光器作为打孔光源.为了验证脉冲Nd:YAG激光器对组织工程材料打孔的效果,掌握不同激光光束特性和能量的成孔规律,对组织工程薄层生物材料激光打孔进行了实验研究.选用能量输出范围为0.01～1 J的脉冲Nd:YAG激光器和厚约50 μm的片状聚氨酯材料(PU)进行打孔.改变激光输出能量、脉冲宽度、光阑孔径和光斑模式,用显微镜观察不同条件的穿孔形态.当Nd:YAG激光器脉冲宽度为30 μs,入射能量密度为0.6×104～2.1×104J/cm2时可击穿厚为50μm的PU材料,成孔直径在20～90μm之间,且低阶模光束成孔边缘光滑,对周围材料影响小.低阶模的穿孔直径为20～40μm,高阶模的穿孔直径为60～90μm.实验结果表明脉冲Nd:YAG激光器可以用作组织工程血管材料打孔.     

砂轮激光修整设备及参量选择的研究

为了选择合适的激光设备及参量,以便提高激光修整砂轮效率和精度,采用300W氙灯抽运YAG普通脉冲激光器、80W声光调Q YAG脉冲激光器对青铜金刚石砂轮进行了单脉冲和连续脉冲烧蚀试验,借助于显微镜分析了激光作用后砂轮表面的微观形貌,并通过理论推导,得出一组公式,在考虑砂轮修整精度和效率的前提下,有效地缩小激光器及参量的选择范围,有助于针对不同的砂轮选择更为合适的激光参量进行更有效的修整。结果表明,声光调Q YAG脉冲激光器比氙灯抽运普通YAG脉冲激光器单脉冲能量小、脉冲频率高、脉宽窄、峰值功率高,更适合用于砂轮的高精度、高效率修整。     

正分支共焦非稳腔的脉冲固体激光器研究

为了获得高光束质量中红外激光抽运源,采用正分支共焦非稳腔设计Nd:YAG脉冲固体激光器。在考虑晶体热效应情况下,对其腔型参量进行了数值模拟和试验验证,获得重复频率10Hz、脉冲宽度9.7ns、单脉冲能量260mJ、光束参量积3.5mmmrad的激光输出。该激光经放大后抽运MgO:LiNbO3晶体,实现波长3.85m、脉冲宽度8ns、单脉冲能量104mJ的激光输出,光光转换效率为12.5%。结果表明,该抽运源光束质量满足高峰值功率中红外光参变振荡激光器使用要求,为光电对抗领域的应用奠定了技术基础。     

模具表面微凸体形貌激光毛化过程参数分析

为了提高模具耐磨性能和板料的成形性能,并精确控制模具表面毛化形貌尺寸,采用灯泵浦Nd:YAG激光器.运用单因素轮换法,进行了系统的激光毛化工艺试验.对激光脉冲参数(泵浦电压、脉冲宽度、离焦量等)与模具表面主要形貌参数(凹坑直径、凸肩直径、凸肩高度及凹坑深度)的影响规律作了进一步的研究.结果表明,单脉冲能量的大小及作用时间是形成精确尺寸球冠状微凸形貌的关键凶素.     

由分布反馈产生超短脉冲的染料激光器

分布反馈染料激光器(简称DFDL)是七十年代发展起来的。Kogelnik及Shank等于1971年第一次将分布反馈体现在染料激光器中。经过多年的努力,特别是最近的研究证明DFDL是超短光脉冲产生的一种新途径。Zs.Bor等人用TEA N_2激光器泵浦DFDL获得了6ps的短脉冲输出,用锁模Nd:YAG激光泵浦DFDL产生了1.6～3.5ps转换极限的单脉冲。DFDL廉价、简便,该技术比锁模技术简单可靠,不需特殊的脉冲选择装置就可获得单脉冲,不用调制器就可直接产生微微秒脉冲,即使有几个脉冲,也可利用各脉冲的方向不同,方便地进行空间选取,     

子脉冲序列模式Er∶YAG激光消融牙本质的实验观察

研制了一台子脉冲序列模式Er∶YAG激光器,获得了每秒80个和100个子脉冲高能量激光输出,开展了不同脉冲宽度的子脉冲对离体牙本质的激光消融实验。实验中使用的是子脉冲序列模式激光器,其重复频率为20 Hz,脉冲包络能量为45 mJ,子脉冲宽度分别为20,30,40,50μs,在无冷却水雾条件下分别对比了子脉冲宽度对牙本质消融量、牙髓腔温升和坑洞组织形貌的影响。结果表明:在相同的激光脉冲能量下,较窄的子脉冲宽度不仅能够增加消融量,降低牙髓腔温升,从而延长操作时间,而且可以获得更好的消融坑洞组织形貌,牙小管的开放程度较高,有利于黏接修复治疗。     

长脉宽激光切割聚晶立方氮化硼工艺研究

为了获得聚晶立方氮化硼（PCBN）最优的激光切割质量和切割效率,依据烧蚀直径和入射激光脉冲能量的函数关系,得出PCBN烧蚀阈值为1.796J/cm2。采用Nd:YAG激光器对型号为BN250的PCBN进行切割试验,分析了切割速率、激光功率以及脉冲频率对切割质量的影响规律。通过切缝的显微观测对比,总结出不同激光工艺参量下PCBN缝宽的变化趋势。结果表明,对于脉宽为100μs的激光,当激光功率为28W、脉冲频率为60Hz、切割速率为20mm/min时,能够获得PCBN激光切割的最优切缝和较高的切割效率。该工艺方法和数据的建立,对今后PCBN或其它超硬材料的激光加工有着重要参考价值。     

The effect of CO2 laser pulse repetition rate on tissueablation rate and thermal damage

The ablation rate and thermal damage in skin produced by a superpulsed CO2 laser operating at pulse repetition rates between 1 and 900 Hz was measured. When delivering a fixed number of pulses (20 or 30) of equal energy, a 55-60% increase in the amount of tissue ablated was observed when the pulse repetition rate rose from 10 to 200 Hz. At pulse repetition rates greater than 200 Hz no further increase was seen. Under identical conditions, an 80% increase in the zone of thermal damage was observed when the pulse repetition rate was increased from 1 to 60 Hz. The large increases in tissue ablation and tissue damage may indicate the existence of a layer of mixed-phase (i.e., liquid and vapor) or metastable liquid which can store significant amounts of thermal energy between pulses. The data suggest that CO2 lasers should be operated at relatively low repetition rates for optimal performance.     

Optical emission characteristics of ablation plasma plumes during the laser-etching process of CdTe

Optical emission and surface compositional change during the laser-etching process of CdTe are reported. The etching rate increases in proportion to the laser energy density. However, the increase in etching rate is suppressed because ablation plasma plumes generated by the laser irradiation at the energy densities above 0.4 J/cm² shield the laser beam. The etching rate at the energy density of 1.0 J/cm² has been determined to be 91 nm/pulse. Also, 80-μm-deep and 55-μm-wide trenches have been formed with the laser-etching process.     

266nm纳秒固体激光在CH薄膜上打孔的工艺实验研究

为了研究266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔的工艺规律和材料去除机理, 采用单因素控制变量的方法, 进行了单脉冲和多脉冲打孔的实验研究, 分析了266nm纳秒固体激光对CH膜材料的去除机理; 取得了激光脉冲能量、脉冲数量对孔径和孔深影响规律的数据。结果表明, 单脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量为0.014mJ时, 微孔直径和深度最小, 当激光脉冲能量为0.326mJ时, 微孔直径和深度最大, 孔径和孔深随着激光脉冲能量的增大而增大; 多脉冲打孔条件下, 当激光脉冲能量较低时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为0.56μm/pulse, 当激光脉冲能量较高时, 激光对CH膜的单脉冲烧蚀率约为1μm/pulse, 孔径和孔深随着激光脉冲数量的增加而增大; 266nm纳秒固体激光在CH膜上打孔时的微孔形状规则, 大小均匀, 微孔周围无残渣、碎屑等抛出物, 边缘无热影响区, 可推断其材料去除机理主要为"光化学蚀除"。该研究对266nm纳秒固体激光加工CH膜的应用具有一定的参考意义。     

激光烧蚀坑阵列微结构对7075-T6粘接强度的影响

为了研究脉冲能量和烧蚀坑重叠率对7075-T6铝基板粘接强度影响, 采用纳秒光纤脉冲激光在粘接区域加工烧蚀坑阵列微结构, 通过表面形貌、剪切强度和断裂模式等实验参量对粘接效果进行了分析。结果表明, 脉冲能量对表面形貌、剪切强度及断裂模式几乎无影响; 随着烧蚀坑重叠率的增加, 表面粗糙度先增加后减小, 表面面积增加比一直增加; 与原始材料相比, 激光处理后剪切强度至少提升150%;当烧蚀坑重叠率为30%时, 粘接区域发生内聚断裂的面积最大, 剪切强度提升最明显; 脉冲能量为880μJ、烧蚀坑重叠率为30%时, 剪切强度为27.76MPa, 提升最大。该研究对激光烧蚀提高7075-T6粘接强度是有帮助的。     

不同离焦条件对骨硬组织激光消融的影响

评估了不同离焦辐照条件对脉冲CO2激光骨硬组织消融的影响。实验样品为新鲜离体牛胫骨组织,置于由计算机自动控制的一维电动平移台上。调节工作距离,分别在光束聚焦平面前后光斑尺寸约为510μm处进行非接触式垂直照射。脉冲CO2激光波长为10.64μm,脉冲频率为60 Hz,能量密度范围5~45 J/cm2。平移台移动速度为20 mm/s,重复扫描6次。肉眼和显微镜观察组织样品形态学变化,常规组织病理切片处理,苏木精-伊红(HE)染色,共焦扫描显微镜观察并摄取图像。运用测量软件测量骨样品消融凹陷的几何尺寸,获得切口宽度、深度和切口截面积随辐射曝光量的变化关系。结果表明,脉冲CO2激光可以应用于骨头等硬组织的切割,不同的离焦辐照条件对组织消融效果具有重要影响;在临床上,为获得窄且深的消融切口和高的消融率,可以稍微将光束聚焦在组织表面下方。     

组合脉冲激光铝等离子体的数值模拟研究

为了获得组合脉冲激光诱导等离子体光谱性能增强的物理机制, 基于FLASH程序模拟计算了预脉冲参数对组合脉冲激光诱导的铝等离子体参数时空分布的影响, 获得了在不同预脉冲波长和不同预主脉冲延时下产生的铝等离子体电子温度、电子密度和烧蚀质量的空间演化规律。结果表明, 在预主脉冲总能量相同的情况下, 随着预脉冲波长从0.266μm变化到1.064μm, 高温环境氦气等离子体羽辉的空间范围从0.7cm增大到3.0cm, 但组合脉冲对靶材的烧蚀效率严重下降, 而铝等离子体的最大电子温度保持稳定; 此外, 组合脉冲的时间延迟低于100ns。该研究可为组合脉冲激光诱导击穿等离子体光谱增强技术提供理论参考。     

紫外波段高功率激光能量测量用光吸收器的实验研究

研制了适合紫外波段高功率激光能量测量用的光吸收器。实验测定在0.19μm到0.35μm波长范围内响应平坦,在0.248μm波长,纳秒激光下承受5J/cm2而不破坏。     

激光脉宽和功率密度对烧蚀性能影响研究

微纳卫星的飞速发展对微推力器的性能提出了更高的的要求。激光推进微推力器因其比冲高、推力控制精确、能耗低等特点,为微纳卫星提供了一种性能优异的微推力器选择方案。文中在透射式烧蚀模式下,研究了半导体激光器的激光功率密度和脉宽对激光烧蚀性能的影响。结果表明,在工质厚度为200 μm的工况下,随着激光功率密度的增加,单脉冲冲量和比冲都逐渐增大,而冲量耦合系数和烧蚀效率都存在一个最优值。随着激光脉宽的增加,单脉冲冲量逐渐增加,比冲呈现出先增大后减小的趋势,在250 μs时,比冲达到最大值,约为221.8 s;冲量耦合系数和烧蚀效率都随着脉宽的增大而减小;脉宽超过一定的临界值时,会对激光烧蚀工质的靶坑产生不良影响,使得激光能量和工质严重浪费。激光参数的优化对于激光推进微推力器的工程化应用提供了参考。