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加工参数对钢和钛激光诱导周期性表面结构特性的影响
摘要： 激光诱导周期性表面结构（LIPSS）可由偏振激光脉冲与材料表面的相互作用产生，这些结构能用于改善或改变表面功能特性。本研究分别采用线偏振的30皮秒激光脉冲（波长λ=1064纳米）和45纳秒激光脉冲（波长λ=1060纳米）辐照钛和钢表面。我们探究了脉冲能量密度、脉冲次数及预存缺陷对LIPSS形成及其周期的影响。结果表明：当能量密度低于单脉冲烧蚀阈值时，产生的LIPSS周期范围为150-500纳米；而提高能量密度会导致800-1100纳米的更大空间周期。加工参数的微小变化还可能造成表层拓扑结构和/或化学特性的差异，使得LIPSS在扫描电镜下难以被检测。
关键词： 激光纳米结构化、激光表面工程、激光诱导周期性表面结构、激光加工
更新于2025-09-12 10:27:22
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利用超快激光非衍射光束实现高分辨率材料结构化
摘要： 100纳米尺度的激光加工是材料处理领域的关键基石，它能在表面和体相中实现新型尺寸依赖功能，从而拓展一系列技术应用。在此尺度下，被加工材料会获得不仅取决于单一形貌特征局部效应，还涉及日益增强的集体行为的光学、输运或接触特性。然而，鉴于光学衍射极限，利用高强度相干光快速制备亚100纳米特征结构仍是激光微纳加工面临的挑战。具有可控时间包络的超快非衍射光束能突破这一限制，实现超分辨加工——这是下一代灵活精密材料加工工具的先决条件。这类光束展现出以极高精度和卓越深宽比加工透明材料的卓越能力，其原理在于能激发具有纳米级特征空间尺度的快速流体动力学效应和材料断裂效应。通过回顾当前成果与技术潜力，我们从动力学视角探讨了利用超快贝塞尔光束实现超衍射极限结构特征的物理机制，并阐述了具有重大技术应用价值的相关领域。
关键词： 纳米技术、无衍射光束、超快激光、激光加工
更新于2025-09-12 10:27:22
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通过激光表面熔化处理时效β-Ti合金获得的刚度与硬度梯度
摘要： 具有可变刚度特性的组件因其生物医学植入物应用潜力而备受关注。本研究对经不同条件时效处理的β钛合金进行激光表面熔凝（LSM）处理。LSM典型的高冷却速率使熔合区（FZ）和热影响区（HAZ）避免了α相析出——这些α相通过固溶进入β基体，从而在时效处理基材表面形成全β相表层，并降低刚度与硬度。刚度降低现象与所采用时效条件无关，而硬度降幅在低温时效样品中更为显著（因其析出相更细小）。当需要制备兼具低刚度表层与原始芯部刚度/强度的梯度材料时（如骨科植入物应用场景），建议采用低温时效结合LSM的处理工艺。
关键词： 激光加工，梯度材料，弹性模量，钛合金
更新于2025-09-12 10:27:22
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组合激光加工在热处理零件焊接中的应用
摘要： 本文探讨了低刚度热处理精密机械零件（尤其是汽车组装凸轮轴）端部连接的问题。为降低热处理部件焊接时产生的残余应力，提出采用激光对焊接区域的受热元件进行预热。此外，针对低刚度轴对称结构（如组装凸轮轴）焊接可能产生的变形，建议采用脉冲激光焊接，并仅在先前经激光预处理的部位实施焊接。实验研究采用基于DLR-200-AC和YLR 150/1500-QCW-AC双激光辐射源的激光设备，其同轴布置的工艺头配备单一输出透镜，可在单一工艺窗口内同步计算两激光源的加工程序与所需功率，并实现双光源工作同步。试样为含中心孔轴体与热处理凸轮的组装凸轮轴（轴体采用20号钢/WNr 1.0402，凸轮采用40X钢/WNr 1.7034），凸轮通过感应法进行热处理。文中阐述了加工的分析工艺特性及循环复合工艺流程，展示了研究成果。所提方法既适用于现有设计分析与改进阶段的低刚度轴对称部件连接，也可用于先进设计的开发阶段。
关键词： 焊接、变形、激光加工、残余应力、凸轮轴、热处理零件
更新于2025-09-12 10:27:22
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[2019年IEEE/MTT-S国际微波研讨会（IMS 2019）- 美国马萨诸塞州波士顿（2019年6月2日-6月7日）] 2019年IEEE MTT-S国际微波研讨会（IMS）- 采用激光增强直印增材制造技术（LE-DPAM）的W波段有限地共面波导（FG-CPW）
摘要： 采用增材制造技术实现了工作频率高达110GHz的有限地共面波导(FG-CPW)的设计、制作与测量。通过激光增强直印增材制造工艺制备FG-CPW，该工艺在同一数字制造平台上集成了355nm或1064nm波长激光加工、熔融沉积成型和微滴喷射技术。该方法提供了毫米波封装系统所需的高尺寸精度。重点考察了355nm和1064nm波长激光加工的特征尺寸与尺寸精度特性。测试并对比了多种50欧姆和60欧姆阻抗的FG-CPW设计，与商用校准基板上的FG-CPW传输线进行参比。实测获得110GHz频段低至~0.3dB/mm的衰减指标。据作者所知，这是首次报道采用激光增强直印增材制造(LE-DPAM)技术实现的W波段传输线实验成果。
关键词： 传输线、W波段、激光加工、增材制造、FG-CPW、毫米波、3D打印、110 GHz
更新于2025-09-12 10:27:22
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复杂形状零件中导孔激光钻孔工艺分析
摘要： 与机械钻孔相比，激光钻孔可直接应用于复杂曲面。由此产生的激光孔可作为机械深孔钻削的导引孔，从而加工出高质量的内孔。本文采用Nd:YAG激光器，针对不锈钢X2CrNiMo17-12-2和渗碳钢20MnCr5，研究了脉冲功率、脉冲持续时间和焦点距离对曲面激光钻孔过程的影响。通过调整激光参数，制备出符合导引孔要求的孔洞——这些孔洞在直径公差、钻孔深度、锥度及材料影响等方面均满足工艺组合的需求。
关键词： 工艺组合、激光加工、制造技术、激光钻孔、激光辅助工艺
更新于2025-09-12 10:27:22
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采用飞秒和皮秒红外激光脉冲对Kapton聚酰亚胺进行表面结构化处理
摘要： 脉冲激光烧蚀是实现聚合物和生物材料高精度加工与改性的最高效、最清洁的方法之一。目前针对聚合物烧蚀的研究多集中于紫外激光领域，而对红外（IR）波段的研究较少——随着超短脉冲激光技术的最新进展，红外波段研究正显现出特殊价值。本研究报道了针对重要工业聚合物Kapton聚酰亚胺的1030纳米超短激光结构化对比实验结果，直接比较了247飞秒与7皮秒激光脉冲的作用效果。我们测定了两种脉宽的激光诱导损伤阈值，发现飞秒激光阈值显著低于皮秒脉冲（约低3.5倍）。通过系统研究不同脉冲能量和聚焦条件下的飞秒/皮秒激光烧蚀坑特征，证实飞秒激光能实现精确的聚酰亚胺结构加工，而皮秒辐照会产生再沉积物、表面隆起及烧蚀坑边缘形成高凸缘等不良效应。论文最后探讨了飞秒与皮秒红外激光烧蚀聚酰亚胺的作用机制。
关键词： 火山口轮廓、膨胀、激光烧蚀、损伤阈值、激光加工、超短激光脉冲、多光子吸收、聚合物、聚酰亚胺
更新于2025-09-12 10:27:22
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ZrCuNiAlTi块体金属玻璃激光表面处理过程中热影响区BMG-B2纳米复合结构的形成
摘要： 本研究优化了Zr基块体金属玻璃(BMG)激光表面处理过程中的激光扫描速度，旨在熔池区获得非晶结构、在热影响区(HAZ)形成纳米复合结构。为此，采用不同扫描速度对厚度100微米的Zr65.7Ti3.3Al3.7Ni11.7Cu15.6(重量百分比)BMG箔材进行激光表面处理。通过X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和高分辨透射电镜(HRTEM)研究了不同样品熔池区与HAZ的微观结构特征，采用纳米压痕测试评估力学性能，并运用分子动力学(MD)模拟探究变形机制。结果表明：当激光速度为22.6毫米/秒时，熔池区保持非晶结构且HAZ力学性能得到提升。HRTEM图像显示最优样品的HAZ形成了BMG-B2纳米复合结构，显著改善了HAZ的力学响应。MD模拟结果显示B2相的存在避免了塑性变形开始后的应力降低，并在塑性变形过程中记录到更高应力值。
关键词： 激光加工，高分辨透射电子显微镜，锆基块体金属玻璃，微观结构
更新于2025-09-12 10:27:22
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通过铝离子注入和脉冲激光熔融实现锗的p型掺杂
摘要： 锗因其潜在应用于纳米电子学、光子学、等离子体学等领域而重新受到关注，但高浓度掺杂及杂质分布控制等已知问题阻碍了其技术集成。为此，首次研究了熔融态脉冲激光退火辅助的p型掺杂铝离子注入技术。特别考察了两种不同注入剂量（分别对应固溶度上下限）以探索该方法的掺杂极限：25 keV能量下6.4×101? Al/cm2（低于固溶度）与4.2×101? Al/cm2（高于固溶度）。拉曼表征显示，低剂量时氧污染导致激活率不足60%；二次离子质谱证实掺杂剂在表面附近存在显著外扩散与堆积现象。高剂量时虽存在氧杂质干扰，仍获得约1×102? Al/cm3的显著（约30%）电学激活率。研究表明O-Al与Al-Al团簇是高注入剂量下限制完全激活的并发机制。值得注意的是，样品保持良好结晶质量并展现出惊人热稳定性（高达600°C）。
关键词： 激光加工，锗，掺杂，离子注入，铝
更新于2025-09-12 10:27:22
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采用飞秒激光辐照技术在稀土掺杂锗酸盐玻璃中制备的双线波导放大器
摘要： 我们报道了通过飞秒激光直写技术在掺铒/镱锗酸盐-氧化铅玻璃中制备活性双波导的研究。该玻璃采用熔融淬火工艺制成，活性波导通过波长800 nm、脉宽30 fs的激光脉冲以0.06 mm/s的写入速度和32 μJ的脉冲能量刻写而成。实验测得光致负折射率变化值为-7.4×10?3。当980 nm泵浦功率为105 mW时，该掺铒/镱样品表现出7.5 dB/cm的相对增益（信号增强）。该相对增益可同时补偿传输损耗与吸收损耗，在1550 nm信号波长处可获得4.6 dB/cm的最大正向内增益。本研究表明，掺铒/镱玻璃是制备基于锗酸盐玻璃的集成放大器、无损器件及激光器的理想材料。
关键词： 光学材料、激光加工、光谱学、非晶态材料
更新于2025-09-12 10:27:22