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利用双激光微加工提高材料去除效率
摘要： 与文献报道的激光烧蚀工艺相比，采用连续波熔化激光与纳秒喷射激光相结合的方式可使材料去除效率提升2至8倍。复合激光所需能量降低主要源于对熔化过程中辐照时间的优化——该阶段消耗了总能耗的主要部分。本研究所用激光器在9毫秒熔化时间下获得了最高熔化效率的最优作用时长，该数值与一维加热模型推导结果进行了对比。通过展示纯熔化冶金图像及引入喷射脉冲后高效熔化状态下形成的孔洞，为熔体喷射现象提供了实证依据。结果表明约90%的熔池被喷射排出，且孔洞周边仅有少量材料再沉积。
关键词： 束流-物质相互作用，短脉冲激光，激光材料加工，激光熔化
更新于2025-09-23 15:21:01
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基于Caputo分数阶导数的飞秒激光脉冲作用下金属薄膜时间分数阶亚扩散模型研究异常扩散过程
摘要： 本文研究了飞秒激光脉冲作用下金属薄膜中的非傅里叶效应。首次基于Caputo分数阶导数建立了时间分数阶亚扩散模型，用于分析纳米尺度金属薄膜中的反常扩散过程。采用基于隐式格式的有限差分法对分数阶热传导方程进行数值求解，并将数值结果与实验数据进行对比。对比表明数值结果与实验数据高度吻合，验证了该分数阶模型在描述短脉冲激光加热金属薄膜热行为方面的准确性和适用性。此外，还将时间分数阶模型的结果与其他模型（包括抛物型和双曲型两步模型）进行比较。通过比较发现，由于分数阶模型的结果与实验数据匹配良好，其可靠性优于其他模型。抛物型和双曲型两步模型中傅里叶定律的应用导致与实验数据存在偏差，而本工作提出的时间分数阶模型可解决这一问题。所提出的时间分数阶模型能有效用于研究激光脉冲作用下金属薄膜的热输运过程、激光加热过程及其工程应用。最后，研究了分数阶导数阶数、激光脉冲持续时间、金属材料（金和铬）、金膜厚度、弛豫时间及激光脉冲吸收深度等参数变化对金属薄膜温度响应的影响。
关键词： 时间分数阶亚扩散模型、短脉冲激光、薄金属薄膜、Caputo分数阶导数
更新于2025-09-23 15:19:57
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用于尿路上皮癌诊断的高级多模态激光成像工具（AMPLITUDE）
摘要： 该论文概述了欧盟"地平线2020"计划项目"AMPLITUDE——内镜下尿路上皮诊断用先进多模态光子激光成像工具"的概念。该项目旨在开发一种新型无标记多模态成像工具，用于尿路上皮癌诊断与治疗监测，其基于工作于第三生物窗口的超快光纤激光器（配合倍频技术）及额外的785纳米连续波激光器（用于拉曼光谱分析）。该工具符合临床需求，可提升肿瘤病理组织学分期的诊断水平，并实现病变侵袭深度的体内内镜评估。
关键词： 第三生物窗口、多光子成像、膀胱癌、共聚焦显微镜、短脉冲激光
更新于2025-09-19 17:13:59
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强短脉冲激光实验中干涉仪的实现与数据分析
摘要： 我们介绍了一种用于强短脉冲（SP）激光实验的干涉测量装置及详细的条纹分析方法。该干涉测量方案经过多次实验改进，用于研究劳伦斯利弗莫尔国家实验室木星激光装置中预等离子体对高能电子的影响。该干涉仪采用频率加倍（λ = 0.527 微米）、脉宽0.5皮秒的光学探测光束来测量预等离子体密度——这一关键参数有助于深入理解预等离子体条件变化如何影响高能电子特性。文中展示了诊断硬件、数据分析流程及示例数据。该诊断装置和分析流程可分别应用于其他SP激光实验和干涉图样分析。
关键词： 短脉冲激光、光学干涉测量、马赫-曾德尔干涉仪、皮秒探针、等离子体密度
更新于2025-09-19 17:13:59
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采用短脉冲激光束对硬质合金进行烧蚀研究
摘要： 硬质合金作为优良的工程工具材料，能够实现高表面光洁度和精度的金属材料成形与切削。然而，由于其极高的硬度与相对较低的韧性，相较于传统磨削方法，硬质合金属于难加工材料。相比之下，激光束加工是一种先进的非接触式切割方法，因此适用于硬质材料的成形。特别是短脉冲激光束的应用，能够满足高精度要求的硬质材料切割。此外，它还能有效减少机械接触和热反应引起的缺陷。本文对短脉冲激光加工硬质合金的烧蚀机制进行了综合研究，特别关注纳秒级加工参数（脉冲数和脉冲能量）与材料烧蚀之间的关联。为此，选取了成分相似但晶粒尺寸不同的两种硬质合金作为研究对象。实验采用配备纳秒激光器和自动位移台的装置，在不同脉冲数和脉冲能量条件下对硬质合金表面进行凹坑加工。研究展示了实验设计及所制凹坑几何特征的表征，并对此进行了讨论。同时，对成形材料的表面完整性进行了全面评估。研究发现，烧蚀量与脉冲数和施加能量成正比增加。就微观结构效应而言，与中等晶粒尺寸的硬质合金相比，粗晶粒等级的烧蚀现象更为显著。
关键词： 激光束加工、短脉冲激光、表面完整性、硬质合金
更新于2025-09-12 10:27:22
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利用加工控制短脉冲激光诱导周期性表面结构——磁流变抛光辅助皮秒激光纳米纹理化
摘要： 一个活跃的研究领域是通过控制激光诱导周期性表面结构（LIPSS）等精细表面结构来改变表面功能（如润湿性和细胞粘附性）。研究发现，先进行微米级沟槽加工（例如采用超精密切削），再实施短脉冲激光照射，可实现大面积高效的LIPSS覆盖。但短脉冲激光照射后表面可能残留微米级沟槽。本文为阐明沟槽辅助短脉冲激光照射现象及加工原理，采用有限时域差分模拟方法，以304不锈钢和镍磷（Ni-P）镀层为基材开展实验。研究提出在短脉冲激光照射前，通过磁性磨粒抛光（MAF）制备具有不同峰谷间距（节距）的亚微米级深直沟槽，后续短脉冲激光照射将在MAF加工表面叠加形成亚微米级深直结构。虽然LIPSS的形貌与深度受短脉冲激光照射前MAF加工沟槽深度影响，但其节距取决于激光波长。这证实了MAF制备导向LIPSS的沟槽能力，以及该方法制备精细LIPSS的有效性。短脉冲激光照射前制备的亚微米级深沟槽几何特征是决定LIPSS形貌与结构的主导因素。
关键词： 直亚微米槽、表面粗糙度、磁性磨料精加工、短脉冲激光
更新于2025-09-12 10:27:22
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采用连续激光焊接2024-T3铝合金时通过短脉冲激光烧蚀实现焊缝金属晶粒细化
摘要： 2024铝合金因其优异的力学性能被广泛应用于航空和航天工业。然而，由于该合金含有大量铜（Cu）、镁（Mg）和锰（Mn）等溶质元素，导致其焊接性普遍较差，易产生凝固裂纹。若能实现无填充材料的高速焊接，2024铝合金的应用范围将大幅扩展。晶粒细化是防止焊缝金属凝固裂纹的方法之一，但在无填充材料的高速激光焊接2024铝合金中尚未实现。本研究提出一种在连续波激光无填充焊接过程中采用短脉冲激光诱导晶粒细化的方法。实验采用波长1070 nm、功率1 kW的单模光纤激光器，以1 m/min的焊接速度对2024-T3铝合金进行平板堆焊，并用波长1064 nm、脉宽10 ns、脉冲能量430 mJ的纳秒激光脉冲对熔池及其周边区域进行辐照。当激光脉冲作用于熔池时，确认产生了晶粒细化效果。晶粒细化区域沿固液界面呈半圆形分布，截面分析显示该区域沿固液界面深度达1 mm。维氏硬度测试结果表明，晶粒细化使硬度提升，并有效抑制了细化区域的凝固裂纹扩展。
关键词： 晶粒细化、短脉冲激光、激光焊接、激光烧蚀、2024铝合金、热裂纹、枝晶破碎
更新于2025-09-12 10:27:22
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采用广义非线性模型模拟激光加热的时空伽辽金方法
摘要： 广义热模型是对经典傅里叶定律的热力学一致性拓展，用于描述与极小尺度、极短时间或极低温环境密切相关的热能传输过程。在此类条件下，观测发现热传播会呈现波动特性——这种现象被广泛称为第二声效应。然而这与傅里叶模型关于热扰动以无限速度传播的反常预测截然相反。本研究基于Green和Naghdi理论，回顾了刚体热传导的非线性模型，并展示了该模型在一类时空方法中的实现方案。我们证明了时空域网格结构不受限时，时间间断伽辽金方法具有无条件稳定性。此外，通过开展大量数值实验，研究了二维空间内短脉冲激光加热条件下材料的收敛特性与热响应规律。
关键词： 傅里叶定律，广义热模型，时间间断伽辽金法，第二声，短脉冲激光
更新于2025-09-12 10:27:22