1 中国科学院空天信息创新研究院 激光工程中心, 北京 100094
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
为了获得可调谐长波红外激光输出，本文设计了一种基于ZnGeP2（ZGP）温度调谐的长波红外光参量振荡器。采用中心波长为2097 nm的Ho:YAG激光器泵浦不同相位匹配角的ZGP晶体，通过改变晶体工作温度来研究ZnGeP2光参量振荡器(ZGP-OPO)的温度调谐特性。在15~30 °C温度范围内，实现了7.53~8.77 μm分段可调谐长波激光输出，总调谐宽度为1.24 μm。整个调谐范围内，输出功率大于1.503 W，当闲频光波长为8.77 μm时，输出功率为1.503 W，斜率效率和光光转换效率分别为12.19%和6.53%。实验结果表明，ZGP温度调谐是实现连续可调谐长波红外激光输出的有效技术途径。本实验研究在可调谐长波固体激光器工程化领域具有潜在的应用价值。
温度调谐 光参量振荡器 ZnGeP2 长波 temperature tunable optical parametric oscillator ZnGeP2 long-wave
1 中国科学院空天信息创新研究院激光工程技术研究中心，北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院，北京 100049
2 μm高峰值功率激光在中长波光参量振荡器泵浦和光电对抗领域中具有重要应用。采用线偏振Tm∶YAP激光泵浦Ho∶YLF晶体的技术路线，基于电光调Q技术，通过泵浦光的偏振方向优化，在泵浦功率为15.4 W时，实现了脉冲能量为9.5 mJ、重复频率为100 Hz、脉冲宽度为13.0 ns的2.05 μm激光输出，水平和竖直方向上的光束质量因子分别为1.2和1.3，对应的峰值功率为0.73 MW。该激光器具有峰值功率高、结构简单紧凑的优点，为将来实现更高能量和更高峰值功率的Ho∶YLF激光输出提供了实验参考数据。
激光器 Ho∶YLF激光器 高峰值功率 电光调Q 中国激光
2023, 50(14): 1401004
强激光与粒子束
2023, 35(3): 031005
1 中国科学院力学研究所，北京 100190
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
3 中国科学院大学工程科学学院，北京 100049
4 北京京东方真空电器有限责任公司，北京 101500
为了考察保护气氛中氧含量对焊接质量的影响，对304不锈钢板和镍板进行了激光焊接实验，研究了不同氧含量下的焊缝形貌、组织、成分、硬度分布以及拉伸性能。结果表明，随着保护气中氧气含量的增加，熔池熔深增大，宽度减小，几何不对称度增大，焊缝表面氧化程度加重。当保护气分别为纯氩气和21%(体积分数)氧气时，熔池底部均为柱状晶；当保护气为纯氩气时，熔池顶部为柱状晶和等轴晶的混合晶，加入21%氧气后，熔池顶部为等轴晶。加入21%氧气后，拉伸强度略有增加，焊缝元素的分布更均匀，晶粒度更小，因此显微硬度增大，且在熔池区域内的变化趋于平缓。活性元素氧改变了表面张力系数，引起了熔池内流动与传热模式的变化，并进一步引起接头形貌、组织与性能的变化。因此，可以通过调整保护气中的氧含量来调控焊接质量。
激光技术 异种金属 激光焊接 活性元素 熔池形貌 显微组织 中国激光
2022, 49(16): 1602004
1 中国科学院力学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院大学工程科学学院, 北京 100049
通过耦合温度场、熔池流场、多组分浓度场建立三维数值模型,并结合正交参数设计与极差分析研究了工艺参数对Ni/304SS激光传导焊接中接头元素重分布的影响。以Fe元素为研究对象,量纲分析结果表明,焊接过程中合金元素的输运机制由熔池对流主导。用流入Ni侧的Fe元素平均含量表征熔池中的元素分布情况,设计了L25(5 3)正交模拟实验,并通过极差分析研究工艺参数的相对重要性。结果表明,扫描速度的极差为9.45%,光斑偏移量的极差为9.17%,功率的极差为1.11%。流入Ni侧的Fe元素平均质量分数与扫描速度负相关,与偏移量正相关。此外,适当降低扫描速度并将光斑向304SS侧偏移有利于Fe元素的稀释,使其分布更均匀。
激光技术 激光焊接 数值模拟 多物理场模型 元素分布 工艺参数 中国激光
2021, 48(18): 1802013
山东理工大学机械工程学院, 山东 淄博 255049
为提高高速飞行器尾翼的加工效率, 以4 mm厚的Q235钢板为切割对象, 采用大功率激光切割工艺来代替传统的电火花线切割工艺, 在不同参数组合下开展了尾翼激光切割加工试验。重点研究了激光切割速度v、氧气辅助气压P等关键工艺参数对尾翼表面粗糙度和侧面垂直度的影响规律。结果表明: 在其他试验条件不变的情况下, 当切割速度为2.0 m/min, 氧气辅助气压为0.5 bar时, 切割表面形貌较好, 表面粗糙度最低可达到0.920 μm, 无显微裂纹, 其侧面垂直度最小为0.031 mm/4 mm, 小于0.1 mm/4 mm, 满足其加工技术要求。
激光切割 表面粗糙度 垂直度 切割速度 辅助气压 laser cutting surface roughness verticality cutting speed auxiliary air pressure
1 中国科学院电子学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
报道了一种采用双路高速伺服电机驱动光栅选线的方式, 实现9~11 μm CO2激光快速调谐输出。双光路谱线切换时间小于100 μs, 单光路谱线切换时间小于50 ms。激光器输出谱线达70条, 其中9P(20)、9P(28)单脉冲输出能量大于100 mJ, 9R(30)、9P(40)单脉冲能量大于90 mJ, 激光脉冲宽度小于100 ns,重复频率为20 Hz。
CO2 激光器 快速调谐 双光路 CO2 laser rapidly tuning dual optical path 红外与激光工程
2020, 49(1): 0105001
为了研究激光加工工艺参量对血管支架切缝形貌以及表面粗糙度的影响, 采用不同参量对比分析试验法, 开展了心血管支架316L材料光纤激光切割实验, 分析了激光脉冲宽度、激光功率和切割速率等不同工艺参量对材料切缝形貌及粗糙度的影响, 得出激光切割支架的最佳工艺参量组合。结果表明, 不同区域切缝形貌和表面粗糙度存在差异性, 其中支架切缝的汽化区厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响, 当脉冲宽度为35μs时, 支架切缝汽化区厚度最大可达到120μm; 支架切缝汽化区粗糙度随切割速率增加先减小后增大, 当切割速率为6mm/s时, 切缝表面粗糙度值最低为650nm。此研究结果为心血管支架光纤加工的研究及后续光整加工奠定了理论基础。
激光技术 心血管支架 工艺参量 切缝形貌 粗糙度 laser technique cardiovascular stent process parameters slit morphology roughness
1 中国科学院电子学研究所，北京100190
2 中国科学院大学，北京100049
通过优化驱动光栅的电机PI控制器参数确定方法，加强了伺服电机的定位精度及稳定性，提升了单光路可调谐TEA CO2激光器的弱线输出稳定性并缩短了调谐间隔。该参数确定的方法基永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM)的频域模型，推导出了伺服三环比例积分控制器(Proportional Integral, PI)的解析表达式，并根据工程实际需求设定超调量与峰值时间，求出截止频率，以此确定满足最大相位裕度的条件下的伺服三环PI控制器的参数。采用PML40-530B8ANL交流直驱电机及G-POLHOR10P100EE-E0驱动器搭建了光路实验装置对上述参数进行了验证，转台定位系统的超调量为4.86％，调节间隔为19.5 ms。基于该转台系统搭建了快调谐TEA CO2激光器，在20 ms调谐间隔下进行激光器弱线能量稳定性实验，9P(44)谱线的单脉冲能量小于74 mJ，能量波动范围小于±3.35%，能量稳定度提高了3.62倍。
TEA CO2激光器 选线输出 快调谐 永磁同步电机 PI控制器 参数确定 能量稳定度 TEA CO2 laser line selection output fast tuning PMSM PI controllers parameter tuning energy stability 红外与激光工程
2019, 48(10): 1005001
为了探究光纤微秒激光加工中关键工艺参量对心血管支架重铸层和热影响区的形成机理及变化趋势, 采用了基于不同单因素参量下光纤微秒激光切割316L医用不锈钢的实验方法。通过进行理论分析和实验验证, 得到了单因素参量下316L心血管支架的实物模型及其热影响区及重铸层的检测数据。结果表明, 重铸层厚度主要受脉冲宽度及激光功率影响, 随脉冲宽度和脉冲功率的增大而增大, 当脉宽为20μs时, 最小重铸层厚度为3.0μm; 热影响区厚度与脉冲宽度、脉冲频率、激光功率、切割速率有关, 即随脉冲宽度及脉冲频率的增大而增大,随功率的增大先增大后减小,随切割速率的增大先减小后增大, 当脉冲频率为5000Hz时,最小热影响区厚度为0.2μm。通过研究316L心血管支架重铸层及热影响区的形成机理及变化趋势, 为后续的正交实验及抛光实验奠定了基础。
激光技术 光纤微秒激光 重铸层 热影响区 316L心血管支架 laser technique fiber microsecond laser recast layer heat affected zone 316L cardiovascular stent
