氧助激光切割是一种高效的中厚碳钢板激光切割方法, 其加工质量主要取决于切口条纹形态、切缝宽度和切缝倾角等因素。选用不同的切割速度、氧气压力和焦点位置, 对 10 mm厚度的低碳钢板进行氧助激光切割实验, 分析上述关键切割参数对切口条纹等质量因素的影响规律。实验发现, 气压增大和焦点降低会加强金属基质的燃烧, 加大了条纹波长和深度; 而切割速度的提升则在增大条纹波长的同时减小了条纹深度, 并存在一个临界速度, 当切割速度大于此速度时条纹现象将消失。此外, 切割速度的下降、氧气压力增加或焦点位置下降, 切缝宽度会增大, 而焦点位置变化对切缝宽度的影响尤为明显。

采用355 nm波长、高重复频率、短脉冲 DPSS紫外激光器作为光源, 开发了激光精细加工装备, 具有光束高速旋转打孔和光束偏转扫描加工两种不同的加工方式, 两种加工方式可便捷切换, 满足不同量级孔径的高质量激光精细加工需求。设计了专用的接近衍射极限的紫外光束旋转聚焦物镜和远心扫描透镜, 保证了加工质量。

激光透射连接异种生物相容性材料在生物医学植入体中具有良好的应用前景。本文采用振镜扫描激光连接系统进行了0.1 mm聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜与 0.1 mm 316L不锈钢薄板之间的激光透射连接试验。采用开环控制和闭环控制分析温度对连接质量的影响, 使用光学显微镜对接头形貌进行观测。开环控制得到了激光透射连接过程的工艺参数窗口, 并通过高温计分析出获得较好连接质量时的温度范围; 在开环控制得到温度基础上采用闭环控制, 所得的试验结果证明振镜扫描系统中闭环控制在激光透射连接过程中能得到更好的连接质量, 更具有优势。

为探讨不同激光电化学刻蚀的工艺特性, 采用两种激光( KrF: 248 nm, 20 ns和半导体激光: 808 nm连续)作为光源, 聚焦激光照射浸于溶液中的阳极上, 实现激光诱导电化学刻蚀材料。在实验的基础上, 通过对金属和半导体材料刻蚀的比较, 分析了不同激光电化学刻蚀不同材料的工艺特点。讨论两种激光对半导体与金属的不同刻蚀机制, 并比较了这两种激光对不同材料的刻蚀性能。实验表明, 248 nm激光电化学刻蚀工艺中直刻占主要部分, 该工艺刻蚀硅比刻蚀金属有更好的刻蚀速率; 808 nm激光诱导电化学刻蚀工艺是一个光热刻蚀过程, 该工艺不适合刻蚀半导体材料。

光纤耦合效率的大小与稳定性直接影响激光干扰试验中能量的模拟精度。对 1.06滋m脉冲激光器与多模光纤直接耦合时的耦合效率进行了实验研究, 分析了激光束相对光纤接收端面不同角度入射与光纤以正弦甩动情况下的耦合效率及稳定性, 结果表明: 光纤运动情况下, 耦合效率下降很小, 偏转光纤接收端面, 由于反射损耗的影响耦合效率明显下降, 光纤耦合效率变化在 3%耀5%, 稳定性较好, 总体耦合效率满足激光干扰试验的使用要求。

整体叶盘是新一代航空发动机中实现结构创新与技术跨越的核心部件, 相比原有叶盘, 设计的整体集成有助于减重、减级、增效、提高可靠性等。但是, 整体叶盘在加工过程中由于误加工所致损伤, 服役过程中叶片受外物打伤或因高周疲劳而损伤的情况时有发生, 如果对叶盘进行整体更换, 势必造成时间和经济上的巨大浪费。因此, 整体叶盘的修复再制造技术就成为了制约这种先进结构获得广泛应用的一个关键。对整体叶盘修复技术国内外研究现状进行了评述, 分析了包括钨极氩弧焊、线性摩擦焊、激光熔覆修复三种修复工艺方法的适用性。

采用激光直接金属烧结的方法, 对单一 316L不锈钢粉末进行一系列烧结实验。实验表明, 在较低功率和较低的扫描速度下, 无需粘结剂的辅助粉末也可以顺利的烧结成型且没有宏观的裂纹缺陷和明显的变形。阐述了单组分金属烧结成型的机理, 讨论了烧结 316L不锈钢粉末过程中出现的各种球化现象以及对烧结成型的影响, 明确了单组分金属烧结的研究思路与进一步研究的方向。

采用HL-5000型横流 CO2激光加工机, 在不锈钢表面制备了表面平整、细密、消除了裂纹与孔隙并与基体呈冶金结合的 WC复合涂层。通过 SEM, EDAX, XRD, HXD-1000TMC型显微硬度计分析了熔覆层的显微组织、成分、物相, 测试了激光熔覆层的显微硬度。结果表明, 随着扫描速度增加, 熔覆层组织变得细小均匀, 在涂层与基体之间实现冶金结合的前提下, 随着扫描速度增加, 激光熔覆层的显微硬度也有所提高。

为探讨铝元素在激光微熔池中真正能实现的作用, 借助 Nd:YAG激光在 TC4表面分别进行了Ti＋w(Al)＝(1％～8％)激光熔覆实验。观测了微观组织、显微硬度和摩擦磨损性能随铝含量变化规律, 分析了生成相, 并定量分析生成有序化琢2相(Ti3Al为基)时的铝含量。结果表明, 微观组织由粗大的或不完整的树枝晶、相对较为细小的等轴或近似等轴晶和网篮状柱状晶组成。铝含量(质量分数 ,％)为 6时, 熔覆层中即有琢2相(Ti3Al为基)生成。随铝含量增加, 显微硬度呈上升趋势, 最高为 900 HV, 是铝含量(质量分数 ,％)小于 6时试样的 1.3～1.5倍。耐磨性能逐步提高, 摩擦系数和磨损率均呈降低趋势, 而且以 Ti3Al基琢2脆性相的生成为转折点, 生成后为生成前的 0.5～0.7倍左右。

镁合金耐蚀性差, 从而限制了镁合金的广泛应用。激光表面工程是在高能激光束流的作用下于金属表面形成一熔化的薄层而在工业上广为应用。采用铸造的 Mg-Al系合金 ZM5进行激光表面重熔以求达到改变表面显微组织和提高耐蚀性的目的。对 ZM5合金表面的改性组织及重熔后试样的耐蚀性进行了表征。

采用激光熔覆技术在铸钢表面上形成了陶瓷颗粒增强的铁基复合熔覆层, 研究了激光熔覆过程中工艺参数对熔覆层显微组织的影响, 用 X射线衍射、扫描电镜和光学显微镜对熔覆层微观组织的特征进行了观察和分析。结果表明: 激光熔覆后的复合层与基材之间形成了良好的冶金结合, 熔覆层的组织由马氏体琢-Fe和碳氮化钛 Ti(C、N)颗粒组成。在其他工艺参数一定的条件下, 随着激光功率的增大, 熔覆层的晶粒长大倾向明显, 方向性增强, 熔覆层组织变化由树枝晶到细小的胞状树枝晶组织, 再到粗大的胞状树枝晶组织; 随着扫描速率的增大, 胞状枝晶组织逐渐变成细小、致密的树枝晶, 生长方向由定向凝固变得紊乱无序。

通过双波长振荡的理论计算, 初步确定了黄激光的基频光 1 123 nm激光腔的镀膜参数。根据理论计算结果, 对谐振腔进行了优化设计, 采用选择性镀膜方式, 对增益系数较大的 1 064、946以及 1 319 nm激光进行抑制使其在腔内不能增益起振, 同时使得 1 123 nm激光可以较容易地在腔内增益起振, 采用 50W功率 808 nm波长的半导体模块进行泵浦, 获得了功率为 6.3W的 1 123 nm波长激光输出。通过对 561 nm激光输出镜镀膜参数的设计, 采用 KTP晶体倍频, 最终获得了3.5W功率的 561 nm黄激光输出。

实验研究了半导体激光器双端泵浦的掺铥双包层光纤激光器, 获得了最大功率为 4.72W的连续激光输出, 在该输出功率下的中心波长为 1 997.6 nm并且光谱范围较宽。实验中所采用两个半导体激光器泵浦源的最大入纤功率分别为 11.48W和8.74W, 对应中心波长分别为 790.1 nm和 787.2 nm。激光器斜率效率为 33％。实验分析得出决定耦合系统耦合效率的主要环节是入纤过程中的损耗, 包括光纤端面的不理想以及泵浦聚焦光斑与光纤不匹配。实验也证明影响功率提高的关键因素还在于输出端二色镜对激光的透过率和掺杂浓度一定下的增益光纤长度。

随着激光技术在**领域的广泛应用, 对激光威胁进行探测告警具有重要意义。在利用 Mie散射理论对 1.06滋m脉冲激光在低空大气中传输时散射辐照度的分布进行了分析计算的基础上, 以激光测距信号为例, 讨论了气象条件变化对激光告警散射截获半径的影响, 结果表明: 大气相对湿度变化不会对激光散射截获半径产生明显影响; 而大气能见度变化对散射截获半径影响较大, 由于气溶胶粒子密度的变化, 使得截获半径随大气能见度增加而逐渐增大, 截获半径达到最大值后随能见度增加而逐渐减小, 因此在考核和使用激光告警设备时, 必须考虑大气能见度因素的影响。

平行光束经过浸入液体的轴棱锥, 通过改变匹配液体的折射率可以实现参数可调的无衍射光束。从理论上分析了参数可调无衍射光束的产生原理, 对无衍射光束的光强分布进行了数值计算与模拟, 结果表明此方法实现的无衍射光束质量得到很大提高, 可以避免小角度轴棱锥的加工误差。讨论了液体折射率对无衍射光束参数的影响, 数值计算与理论分析十分吻合。

为了研究不同扫描半径对光声成像的影响, 采用了有限扫描角度和滤波反投影算法, 得出了吸收体间的距离与探测器旋转扫描半径的比值越大, 则成像亮度差异明显, 反之则能较好的反映吸收体的光吸收分布, 但成像对比度又将下降。采用光声信号衰减补偿的方法, 并对前者重建图像取域值, 得到了较好的图像质量。该研究结果对光声成像旋转扫描半径的合理选择和成像效果评估具有较好的参考价值。

在产业技术此路线图的框架下, 提出了激光医疗产业发展的产业愿景, 指出发展趋势和支撑激光产业发展的主导产品的研究开发方向, 为上海市激光医学工程研究中心的研究与开发理顺了方向。

共聚焦激光扫描显微镜作为一种新型的非侵入性图像分析仪器已逐渐成为皮肤疾病诊断、鉴别诊断、随访与动态观察的新方法, 为皮肤科学的发展开辟了广阔前景, 促进了皮肤病学的医学研究与临床治疗。