以Nd∶YAG、Cr∶Nd∶YAG和Ce∶Nd∶YAG三种激光材料为研究对象，采取以空间应用和地面应用为导向的两种太阳光谱模型，计算了太阳辐射光谱与材料吸收光谱之间的重叠效率。将激光材料的吸收系数引入重叠效率，分析了经吸收系数修正后，激光材料的太阳光谱匹配效率随吸收长度的变化关系。当接近光谱匹配效率极限值时，地面太阳光谱模型下Nd∶YAG、Cr∶Nd∶YAG和Ce∶Nd∶YAG所需要的吸收长度分别为6.5 cm、4.4 cm和3.7 cm，空间太阳光谱模型下所需要的吸收长度分别为7.3 cm、4.3 cm和3.8 cm，所研究的吸收长度为激光材料的长度参数设计提供了可供参考的最大值。同时Ce∶Nd∶YAG晶体计算出的长度最短，预计泵浦光在该材料中传输时引入的散射损耗将最小，因此以Ce∶Nd∶YAG晶体作为激光材料，有望进一步提高和改善太阳光泵浦激光器的输出性能。
激光器 固体激光器 激光材料 太阳光泵浦 光谱匹配 中国激光
2023, 50(13): 1301002
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of High Field Laser Physics and CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
High-repetition rate femtosecond lasers are shown to drive heat accumulation processes that are attractive for femtosecond laser-induced subwavelength periodic surface structures on silicon. Femtosecond laser micromachining is no longer a nonthermal process, as long as the repetition rate reaches up to 100 kHz due to heat accumulation. Moreover, a higher repetition rate generates much better defined ripple structures on the silicon surface, based on the fact that accumulated heat raises lattice temperature to the melting point of silicon (1687 K), with more intense surface plasmons excited simultaneously. Comparison of the surface morphology on repetition rate and on the overlapping rate confirms that repetition rate and pulse overlapping rate are two competing factors that are responsible for the period of ripple structures. Ripple period drifts longer because of a higher repetition rate due to increasing electron density; however, the period of laser structured surface is significantly reduced with the pulse overlapping rate. The Maxwell–Garnett effect is confirmed to account for the ripple period-decreasing trend with the pulse overlapping rate.
laser materials processing femtosecond laser subwavelength periodic surface structures Chinese Optics Letters
2023, 21(5): 051402
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
2 μm波段激光用途广泛，既可以应用于激光雷达、激光测距和医疗手术等领域，又可以作为中长波红外波段激光器的泵浦源。采用激光二极管直接泵浦掺铥晶体获得2 μm波段激光，是一种直接高效的技术手段，受到了广泛关注。本文介绍了Tm∶YAG、Tm∶YAP和Tm∶YLF脉冲激光器的研究进展，并进行了总结与展望。
激光器 固体激光器 脉冲激光器 激光二极管泵浦激光器 激光材料 2 μm波段 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0700003
1 吉林大学电子科学与工程学院，集成光电子学国家重点实验室，吉林 长春 130012
2 清华大学精密仪器系，精密测试技术与仪器国家重点实验室，北京 100084
3 吉林大学材料科学与工程学院，吉林 长春 130012
面向大数据存储，总结当前冷数据存储的主要方式及特点，针对长寿命和高容量的需求，介绍飞秒激光永久光存储的概念和基本存储内涵；围绕透明介质材料体内改性的类型，依次介绍三维光存储和五维光存储的历史发展过程；阐述了当前具有双折射特性的存储单元形成机制，超百层的高密度存储技术，225 kB/s单通道、潜在MB/s多通道的快速直写机制；并从纳米区域的电场连续性边界条件和光学衍射极限出发，展望飞秒激光永久光存储在存储容量和写入速度方面的挑战。
光电器件加工 飞秒激光 激光材料加工 光与物质相互作用 光存储 纳米光栅 中国激光
2022, 49(10): 1002504
1 清华大学材料学院, 北京 100084
2 季华实验室, 广东 佛山 528000
3 中国科学院工程热物理研究所新技术实验室, 北京 100190
为了解决激光粉末床熔化技术制备的钨材料中存在的裂纹问题,本文提出了一种通过原位反应形成亚微米尺度亚结构强化相的强化方式减少钨中裂纹的新思路。采用激光粉末床熔化技术成功制备了钨-5%(质量分数)碳化钽低合金钨块体,通过调整激光参数,钨-5%碳化钽块体的孔洞明显减少,裂纹密度相较纯钨显著降低。在钨-碳化钽中形成了大量形状不规则的亚微米级尺度的亚结构,通过微观组织分析在合金中发现了于增材制造原位反应过程中形成的碳化钨相,这些碳化钨相主要聚集于亚结构的胞壁处。钨-碳化钽的显微硬度(666 HV)较纯钨(400 HV)提高了约50%,证明在添加碳化钽后材料的本征强度得到了显著提高。
激光技术 激光材料 钨-碳化钽 原位反应 碳化钨 裂纹 亚结构 中国激光
2021, 48(15): 1502006
1 浙江工业大学激光先进制造研究院, 浙江 杭州 310014
2 高端激光制造装备省部共建协同创新中心, 浙江 杭州 310014
3 苏州长光华芯光电技术有限公司, 江苏 苏州 215000
在氩气环境下对线切割316L不锈钢高粗糙度表面进行脉冲激光抛光实验,通过超景深显微镜拍摄激光抛光前后表面形貌并结合表面划线轮廓和粗糙度值,分析不同脉宽和能量作用形式下抛光表面形貌的演变规律和脉冲激光抛光作用机制。研究结果表明:在相同的单脉冲能量下,随着脉宽增加,表面由原始的“高峰深谷”形貌逐渐演变为“低峰浅谷”形貌,粗糙度由Ra=3.79 μm降至Ra=0.95 μm,下降74.9%。激光脉冲能量作用形式逐渐由“低频高能”向“高频低能”转变时,激光作用光斑痕迹逐渐消失,原始表面的峰谷均逐渐减少,激光抛光机制逐渐由“气化”和“熔凝”共同作用的方式转变为单纯的“熔凝”方式。粗糙度降低的最主要原因是激光对表面小凸峰的平滑作用。
激光技术 激光材料加工 脉冲激光 激光抛光 表面形貌 表面粗糙度 中国激光
2021, 48(14): 1402003
1 中国民航大学适航学院, 天津 300300
2 中国民航大学中欧航空工程师学院, 天津 300300
采用机械混合法制备SiC/AlSi7Mg混合粉末,利用激光选区熔化(SLM)技术成形SiC/AlSi7Mg复合材料试样,研究复合材料的物相组成、微观组织和拉伸性能。结果表明:SiC/AlSi7Mg复合材料试样的相对密度最高能够达到99.2%;试样微观组织与典型SLM成形铝合金的组织相似,在铝基体中存在均匀分布的SiC及原位反应产生的Al4SiC4增强相,SiC与铝基体间形成了较强的界面结合。与铝合金相比,复合材料的强度明显提高,抗拉强度达到452 MPa,屈服强度达到280 MPa,但伸长率下降到4.5 %;复合材料的主要断裂模式为脆性断裂。
激光技术 激光材料成形 激光选区熔化 铝基复合材料 微观组织 拉伸性能 中国激光
2021, 48(10): 1002123
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Crystal Materials, Institute of Novel Semiconductors, Shandong University, Jinan 250100, China
2 Key Laboratory of Crystal Materials, Ningbo University, Ningbo 315211, China
3 Collaborative Innovation Center of Light Manipulations and Applications, Shandong Normal University, Jinan 250358, China
In this paper, the absorption and fluorescence spectra of , co-doped (Er,Pr:YLF) crystal were measured and analyzed. The co-doping was proved to effectively enhance the mid-infrared transition at the 2.7 μm with 74.1% energy transfer efficiency from to . By using the Judd–Ofelt theory, the stimulated emission cross section was calculated to be at 2685 nm and at 2804.6 nm. Moreover, a diode-end-pumped Er,Pr:YLF laser operating at 2659 nm was realized for the first time, to the best of our knowledge. The maximum output power was determined to be 258 mW with a slope efficiency of 7.4%, and the corresponding beam quality factors and . Our results suggest that Er,Pr:YLF should be a promising material for 2.7 μm laser generation.
mid-infrared lasers laser materials solid-state lasers Chinese Optics Letters
2021, 19(8): 081404
1 浙江工业大学机械工程学院，浙江 杭州 310023
2 特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室，浙江 杭州 310023
激光去除材料作为激光在工业生产中的重要应用，具有非接触、效率高、加工精度高等其他加工技术无法比拟的诸多优势。本文从单一激光束去除材料和激光复合减材技术两个方面进行阐述，介绍了激光打孔、激光切割、激光烧蚀、激光光刻这四项激光加工技术，并将其与其他加工技术进行了对比；此外，本文还介绍了以激光去除材料为主、多能量场为辅的激光复合技术，并针对单一激光束去除材料技术难以高效加工沟槽的问题，介绍了一种电磁场辅助的激光沟槽加工方法。
激光技术 激光材料加工 激光打孔 激光切割 激光烧蚀 激光复合制造 激光与光电子学进展
2021, 58(5): 0500008
北京航空航天大学机械工程及自动化学院, 北京 100191
电性能优良且成本低廉的铜微纳结构在柔性电子领域中展现出广阔的应用前景。激光直写因其快速灵活且可控性高等优势,成为铜微纳结构的高效加工方法之一。概述了微纳结构激光加工的技术特点,随后针对激光直写铜微纳结构展开论述。重点分析了前驱体成分及激光工艺参数对铜微/纳观结构及电性能的影响,探讨了激光直写在铜微纳结构可控制备中的优势。列举了所得结构在柔性电子器件制造中的典型应用场景,分析了典型器件的工作机理。此外,对激光直写微纳结构的未来发展趋势进行了展望。
激光制造 激光材料加工 纳米材料 纳连接 柔性电极
