1 深圳技术大学 新材料与新能源学院,广东 深圳 518118
2 深圳盛方科技有限公司,广东 深圳 518173
为了获得稳定性更好、能量更大的准分子激光输出脉冲,对合束方式提高输出脉冲能量稳定性的可行性进行了理论推导、模拟实验以及合束实验研究。从理论推导得知,当激光输出脉冲能量符合正态分布时,多台激光器合束可以降低输出能量相对标准差。对三台输出脉冲能量分布特性符合正态分布的准分子激光器进行合束模拟实验研究,每台输出脉冲能量平均值约为153 mJ,脉冲能量相对标准差约为1%。两台准分子激光器合束时得到输出脉冲能量平均值为305 mJ、能量相对标准差为0.7%的准分子激光脉冲。三台准分子激光器合束时可以得到输出能量平均值为458 mJ、能量相对标准差为0.6%的准分子激光脉冲。使用两台准分子激光器进行三次实际合束实验,其中两台准分子激光器三次合束分别输出能量平均值约为355、350、330 mJ,相对标准差为1.3%、1.2%、1.4%的激光脉冲;三次合束后分别得到能量平均值为687、694、646 mJ,相对标准差为0.86%、0.79%、0.83%的激光脉冲。模拟实验以及合束实验都表明,合束后的能量相对标准差均小于单台能量相对标准差,即合束提高准分子输出脉冲的稳定性。因此,当单台准分子激光输出脉冲能量符合正态分布且平均能量相当时,多台合束可以有效提高激光输出脉冲的能量稳定性。
准分子激光 脉冲能量 稳定性 相对标准差 excimer laser pulse energy stability relative standard deviation 红外与激光工程
2024, 53(1): 20230309
1 苏州大学光电科学与工程学院,江苏 苏州 215006
2 江苏省先进光学制造技术重点实验室,江苏 苏州 215006
3 江苏省苏州大学现代光学技术教育部重点实验室,江苏 苏州 215006
4 奥徒(上海)激光技术有限公司,江苏 苏州 215123
利用飞秒激光脉冲开展了零热膨胀系数Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)透明微晶玻璃的非光学接触式焊接研究,分析了不同能量飞秒激光焊接LAS透明微晶玻璃的焊缝形貌和剪切强度,并对焊接后LAS透明微晶玻璃的透过率进行了测量。在激光脉冲宽度为300 fs、波长为1030 nm、单脉冲能量为3.0 μJ时,焊接后LAS透明微晶玻璃的剪切强度高达23.51 MPa,光学透过率相对于原始LAS透明微晶玻璃下降了5%。随着单脉冲能量的增加,LAS透明微晶玻璃的光学透过率发生不同程度的下降,改性区域逐渐远离焦点,向激光源方向移动,使得分界面处的焊缝宽度先增大至10.7 μm而后逐渐减小。X射线衍射分析结果表明,在该激光参数下实现了LAS透明微晶玻璃焊接而未产生新的晶相。
激光技术 飞秒激光 透明微晶玻璃 玻璃焊接 单脉冲能量 非光学接触 中国激光
2023, 50(16): 1602104
强激光与粒子束
2023, 35(6): 065005
红外与激光工程
2022, 51(6): 20220055
1 北京工业大学材料与制造学部,北京市激光应用技术工程技术研究中心,北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室,北京 100124
3 北京工业大学激光工程研究院,北京 100124
4 Edgewave公司,Würselen 52146,德国
本文报道了利用自制低损耗、无节点反谐振空芯光纤传输高功率1064 nm皮秒脉冲激光的研究。光纤包层由7根平均壁厚为700 nm的细玻璃管组成,纤芯直径为42 μm,外径为175 μm。选择脉冲宽度为15 ps且重复频率可调谐的高功率激光器作为实验光源。使用不同长度的光纤进行了传输测试,测试结果表明:当输入单脉冲能量为403 μJ、平均功率为40.3 W、峰值功率为26.8 MW的激光时,最高可实现370 μJ的高能量激光输出,传输效率高达91.8%。分析了超短脉冲经过不同长度光纤后时域和频域的变化情况,结果表明:当光纤长度为1 m时,脉冲保持无畸变传输,光谱发生轻微变形;当光纤长度增长至3.3 m时,由于非线性效应的影响,脉冲宽度展宽至26 ps,光谱展宽至70 nm。本研究表明无节点反谐振空芯光纤有望在超短脉冲激光的传输应用领域发挥重要作用。
激光光学 超短脉冲传输 无节点反谐振空芯光纤 峰值功率 单脉冲能量 非线性效应
红外与激光工程
2021, 50(8): 20210349
强激光与粒子束
2020, 32(12): 121005
中国航空制造技术研究院高能束流加工技术重点实验室, 北京 100024
针对目前带热障涂层(TBC)叶片的难加工问题, 开展了皮秒激光加工热障涂层的试验。试验分别在三种扫描速度下(50 mm/s, 150 mm/s, 250 mm/s)使用不同单脉冲能量加工热障涂层。发现随着扫描速度的增大, 材料出现缺陷对应的最小单脉冲能量分别为120 μs, 280 μs和400 μs; 随着脉冲能量的增大, 热障涂层出现裂纹、崩边及脱落等缺陷越多。通过面积外延法, 计算三种扫描速度下多脉冲烧蚀阈值分别为1.17 J/cm2、2.72 J/cm2和4.45 J/cm2, 随着激光扫描速度的提高, 烧蚀阈值也随之增大。小脉冲能量去除热障涂层主要以雪崩电离为主, 当以较大脉冲能量去除时主要以多光子吸收为主, 当脉冲能量远大于烧蚀阈值时会在加工区域产生烧蚀潜热, 在材料加工区域边缘处因产生应力集中出现微裂纹、崩块和整块脱落的缺陷。
热障涂层 皮秒激光 脉冲能量 扫描速度 烧蚀阈值 thermal barrier coatings picosecond laser laser pulse energy scanningspeed ablation threshold
1 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 安徽省环境光学监测技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
石油的勘探开发遍布我国各地区, 其产品的应用与工农业生产和人民日常生活密不可分。 石油及石油制品在使用过程中泄漏到土壤中不断累积, 会破坏生态环境。 激光诱导荧光(LIF)是检测土壤中石油烃类有机污染物的重要方法。 激光脉冲能量是LIF的重要实验参数, 对检测灵敏度, 稳定性有显著影响。 为探究土壤中石油烃的激光诱导荧光信号随激发光脉冲能量变化的特性, 以机油为例, 在实验室制备了机油浓度为0.5%~6%的土壤样品, 使用Nd∶YAG激光器作为激发光源, 通过改变266 nm激光的脉冲能量, 获取不同能量密度下油污土壤的荧光光谱。 实验结果表明, 土壤和土壤中机油的荧光光谱强度随激光脉冲能量的增加而增加, 但增加到一定程度后增幅明显减小。 原因是虽然激光能量密度逐渐增强荧光强度也在增强, 土壤中单位面积的有机物含量有限, 部分有机质已经被光解, 有机物被激发的荧光趋于饱和。 在适当的能量密度下, 土壤中机油的荧光强度与其浓度有良好线性关系。 实验发现, 随着激光能量密度的减小, LIF系统测量机油的平均相对误差先减小后增大, 其原因是, 当激光能量密度小于一定范围时, 信号的信噪比随之减小, 因此测量的平均相对误差逐渐增大; 当激光能量密度大于一定范围时, 虽然信号的信噪比随之增大, 但已经逐渐超出系统最佳的测量范围, 所以测量的平均相对误差逐渐增大。 当激光能量密度在2.4~4.0 mJ·cm-2时, 土壤中机油的荧光强度随激光脉冲能量密度线性增强, 且对机油浓度的测量误差均小于2.5%, 检测限在200~300 mg·kg-1之间。 当能量密度大于4.0 mJ·cm-2时, 机油的荧光强度增幅显著降低, 测量误差也随之增大。 因此, 兼顾LIF测量土壤中机油的平均相对误差和测量检测限, 激光脉冲能量选择2.4~4.0 mJ·cm-2较优。 所述方法也可扩展其他土壤中石油烃荧光信号检测。
土壤 机油 激光诱导荧光 激光脉冲能量 光谱 石油烃 Soil Machine oil Laser-induced fluorescence Laser pulse energy Spectrum Petroleum hydrocarbon