飞秒激光烧蚀模型与面齿轮形貌特征研究

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作者 明兴祖 李湾 +4 位作者 杨向东 伍昆军 樊滨瑞 刘金华 周旭 《激光与红外》 北大核心 2025年第3期374-381,共8页

飞秒激光加工成为当今研究复杂齿轮制造的新方向。本文通过面齿轮齿面网格划分方法,利用齿面三维模型测量计算每个节点处的激光入射角θ,建立飞秒激光加工齿面材料18Cr2Ni4WA的反射率、能量密度分布等烧蚀模型,研究椭圆形烧蚀光斑面积... 飞秒激光加工成为当今研究复杂齿轮制造的新方向。本文通过面齿轮齿面网格划分方法,利用齿面三维模型测量计算每个节点处的激光入射角θ,建立飞秒激光加工齿面材料18Cr2Ni4WA的反射率、能量密度分布等烧蚀模型,研究椭圆形烧蚀光斑面积、烧蚀区面积,以及烧蚀凹坑深度等齿面形貌特征。通过模型仿真和实验结果分析表明,烧蚀光斑面积随θ的增大先缓慢增加,后快速增加;烧蚀区面积随激光功率P的增加而增加,随θ的增大,先慢速减小而后呈指数函数形式加速减小;烧蚀凹坑深度随着P的增加而增加,随θ增大而呈现近似线性降低。θ对齿面质量的影响程度要大于P,较小的θ,以及P为4.9 W左右时齿面形貌较好,为提高面齿轮加工质量提供了技术支撑。 展开更多

关键词 面齿轮 网格划分 激光参数 齿面形貌特征 飞秒激光烧蚀

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飞秒激光烧蚀齿面表层构态分析及其控制研究

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作者 徐海军 明兴祖 +3 位作者 李湾 颜敏 吴陶 李楚莹 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期63-71,共9页

为了分析飞秒激光烧蚀面齿轮齿面表层构成及其形态影响,本文针对面齿轮材料18Cr2Ni4WA,通过建立双温传热模型,模型采用向后有限差分法进行飞秒激光烧蚀数值模拟,研究飞秒激光烧蚀齿面的加工过程,分析能量密度对重铸层和热影响层的影响... 为了分析飞秒激光烧蚀面齿轮齿面表层构成及其形态影响,本文针对面齿轮材料18Cr2Ni4WA,通过建立双温传热模型,模型采用向后有限差分法进行飞秒激光烧蚀数值模拟,研究飞秒激光烧蚀齿面的加工过程,分析能量密度对重铸层和热影响层的影响规律。结果显示:能量密度由1.73 J/cm^(2)增加至4.33 J/cm^(2),重铸层厚度从0.68μm增加到1.02μm,热影响层厚度从0.96μm增加到1.35μm。针对重铸层的控制,本文实施了对面齿轮齿面的二次加工,实验结果表明:采用能量密度1.73 J/cm^(2)对齿面进行二次加工,加工后的齿面几乎没有重铸物残留,齿面平均粗糙度由0.365μm降到了0.185μm,有效地改善了面齿轮的加工质量,为提高飞秒激光精微烧蚀面齿轮精度提供了有益参考。 展开更多

关键词 飞秒激光烧蚀 表层构态 二次加工 能量密度 面齿轮

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飞秒激光烧蚀镍钛形状记忆合金的蚀除机理 被引量：3

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作者 唐一波 陈冰 +3 位作者 陈志勇 朱卫华 李月华 王新林 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期137-142,共6页

结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光脉冲辐照B2结构镍钛合金时烧蚀阈值附近的靶材蚀除机制,数值模拟了中心波长为800nm,脉宽为100fs,能量密度为25-50mJ/cm＾2的激光与90nm 厚B2结构镍钛合金薄膜相互作用过程.确定了脉宽为... 结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光脉冲辐照B2结构镍钛合金时烧蚀阈值附近的靶材蚀除机制,数值模拟了中心波长为800nm,脉宽为100fs,能量密度为25-50mJ/cm＾2的激光与90nm 厚B2结构镍钛合金薄膜相互作用过程.确定了脉宽为100fs的脉冲激光与镍钛形状记忆合金相互作用的烧蚀阈值,发现烧蚀阈值条件下,靶材的蚀除机制是单纯基于应力作用的机械破碎;烧蚀阈值附近,未蚀除靶材受热影响发生无序化相变的区域较小,且随激光能量密度的降低而减小.提高激光功率密度,烧蚀同时呈现热机械蚀除和机械破碎机制. 展开更多

关键词 飞秒激光烧蚀 B2结构镍钛合金 双温模型 分子动力学模型

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飞秒激光烧蚀加工恒弹性合金的规律研究 被引量：3

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作者 王豪放 邓圭玲 +4 位作者 岳浩铭 苏文毅 鲁云鹏 罗志 胡友旺 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2015年第11期1309-1313,共5页

恒弹性合金的加工对表面质量和加工精度的要求越来越高,为了实现对恒弹合金的精密定量去除,本文探索了采用飞秒激光烧蚀的加工新方法。首先,分析计算了在高强度飞秒激光辐照加工下,恒弹性合金材料的烧蚀阈值;其次,实验研究了飞秒激光脉... 恒弹性合金的加工对表面质量和加工精度的要求越来越高,为了实现对恒弹合金的精密定量去除,本文探索了采用飞秒激光烧蚀的加工新方法。首先,分析计算了在高强度飞秒激光辐照加工下,恒弹性合金材料的烧蚀阈值;其次,实验研究了飞秒激光脉冲能量和脉冲个数对该材料上烧蚀加工微坑的直径和深度的影响,结果表明:恒弹性合金的飞秒激光烧蚀阈值为0.167J/cm2;可以通过增大脉冲能量来增大烧蚀坑直径,通过增大脉冲数来增大烧蚀坑深度。脉冲烧蚀坑直径上限为150.64μm,运用飞秒激光旋切加工方法,可获得直径为500μm的微孔,提高了飞秒激光烧蚀加工的能力。 展开更多

关键词 恒弹性合金 飞秒激光烧蚀 烧蚀阈值 脉冲烧蚀

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脉宽对飞秒激光烧蚀合金影响的数值模拟 被引量：4

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作者 朱诗佳 王新林 +3 位作者 朱卫华 吴鹤 陈志勇 刘珺 《光电技术应用》 2011年第6期39-44,共6页

运用结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光与B2结构镍钛合金相互作用的烧蚀机制。采用中心波长为800 nm,能量密度为29.3 mJ/cm2,脉宽分别为50、200、500、1 000 fs激光烧蚀90 nm厚度的靶材,并对靶材底部运用压力传输边界条... 运用结合双温模型的分子动力学模拟方法,研究了飞秒激光与B2结构镍钛合金相互作用的烧蚀机制。采用中心波长为800 nm,能量密度为29.3 mJ/cm2,脉宽分别为50、200、500、1 000 fs激光烧蚀90 nm厚度的靶材,并对靶材底部运用压力传输边界条件,表明传输边界条件能够运用于该数值模拟中。靶材温度、内部压力随时间的演化以及原子位型展示了脉宽对烧蚀行为的影响。结果显示,相同能量密度下,脉宽越大辐照中心处电子峰值温度越低而辐照中心处晶格峰值温度越高,靶材热影响区域也越大。脉宽为200、500、1 000 fs时发生烧蚀现象。 展开更多

关键词 飞秒激光烧蚀 B2结构镍钛合金 压力传输边界条件 双温模型 分子动力学

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低能量密度下飞秒激光烧蚀镍钛形状记忆合金靶材的微观相变行为 被引量：1

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作者 唐一波 陈冰 +3 位作者 陈志勇 朱卫华 李月华 王新林 《光电技术应用》 2014年第2期22-26,共5页

运用结合双温模型的分子动力学方法,数值模拟了脉宽为100 fs的超短脉冲激光烧蚀B2结构镍钛形状记忆合金薄膜的作用,研究了较低能量密度下B2结构镍钛形状记忆合金靶材的相变过程。结果表明,超快激光与B2结构镍钛形状记忆合金相互作用时,... 运用结合双温模型的分子动力学方法,数值模拟了脉宽为100 fs的超短脉冲激光烧蚀B2结构镍钛形状记忆合金薄膜的作用,研究了较低能量密度下B2结构镍钛形状记忆合金靶材的相变过程。结果表明,超快激光与B2结构镍钛形状记忆合金相互作用时,压力波传播引起了热能的弛豫。脉宽为100 fs,功率密度为20~35 mJ/cm2的激光与靶材作用时,烧蚀产生的压力波在其传播过程中诱导靶材发生了相变,并形成三明治结构。 展开更多

关键词 分子动力学 相变 飞秒激光烧蚀 B2结构镍钛形状记忆合金

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利用双温模型理论分析飞秒激光烧蚀金过程 被引量：1

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作者 刘聚坤 赵宏伟 +1 位作者 王欢 郝成红 《应用技术学报》 2018年第1期63-66,共4页

为了了解飞秒激光脉冲烧蚀金过程中的电子温度和晶格温度变化。利用显式有限差分法对飞秒激光脉冲烧蚀金的过程中电子和晶格的温度场进行一维数值计算。理论研究了不同激光脉宽和电声耦合系数对金属表层电子和晶格温度的影响,同时还研... 为了了解飞秒激光脉冲烧蚀金过程中的电子温度和晶格温度变化。利用显式有限差分法对飞秒激光脉冲烧蚀金的过程中电子和晶格的温度场进行一维数值计算。理论研究了不同激光脉宽和电声耦合系数对金属表层电子和晶格温度的影响,同时还研究了双脉冲激光烧蚀金过程中电子和晶格温度的变化。得出激光脉冲越短,加工热效应越小,多脉冲具有热累积效应。因此,为了实现飞秒激光冷加工,应该采用单个超短脉冲降低热效应。 展开更多

关键词 飞秒激光烧蚀 双温模型 金

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飞秒脉冲激光烧蚀金属的机理分析 被引量：8

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作者 许媛 宁仁霞 +1 位作者 鲍婕 侯丽 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期432-437,共6页

为了深入理解超短脉冲激光烧蚀金属的机理,特别是烧蚀过程中靶面电子发射带来的影响,本文分析了飞秒脉冲激光烧蚀金属的机理,并在此基础上建立了一维热传导双温模型,模型考虑了电子热导率、热容、电子-晶格耦合系数等参数随温度的变化,... 为了深入理解超短脉冲激光烧蚀金属的机理,特别是烧蚀过程中靶面电子发射带来的影响,本文分析了飞秒脉冲激光烧蚀金属的机理,并在此基础上建立了一维热传导双温模型,模型考虑了电子热导率、热容、电子-晶格耦合系数等参数随温度的变化,以及表面热电子发射和多光子电离导致靶面的能量损失。选择波长为800 nm,FWHM为100 fs,峰值功率密度为1.2×10^(17) W/m^2的高斯型单脉冲激光辐照铜靶进行数值模拟。并对计算数据进行分析,结果表明:多光子电离所导致的电子发射比热电子发射要强,但是热电子发射持续的时间长;多光子电离导致的电子发射带走的靶面能量比较大,在分析飞秒烧蚀过程中不可忽略。 展开更多

关键词 飞秒激光烧蚀 金属 双温模型 电子发射

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飞秒多脉冲激光烧蚀金属过程中的能量剩余现象 被引量：6

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作者 李莉 张端明 +1 位作者 房然然 祖小涛 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第11期1671-1676,共6页

提出了描述整个飞秒多脉冲激光烧蚀过程的物理模型,模型考虑了多脉冲烧蚀的新的特点,考虑靶材吸收率随温度的变化和蒸发效应,建立了激光烧蚀不同阶段的热传导方程,给出了相应的定解条件。以金靶材为例,利用有限差分法,求解了热传导动力... 提出了描述整个飞秒多脉冲激光烧蚀过程的物理模型,模型考虑了多脉冲烧蚀的新的特点,考虑靶材吸收率随温度的变化和蒸发效应,建立了激光烧蚀不同阶段的热传导方程,给出了相应的定解条件。以金靶材为例,利用有限差分法,求解了热传导动力学方程,分别给出单脉冲和多脉冲作用下相应的靶材电子和离子亚系统的温度演化图像,及多脉冲激光作用下能量剩余系数和脉冲个数的变化规律,发现理论曲线与相应的实验数据吻合较好。研究结果充分证明多脉冲激光烧蚀过程中剩余能量的存在。 展开更多

关键词 飞秒激光烧蚀 多脉冲 能量剩余系数 温度演化

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飞秒双脉冲激光照射金属薄膜的热行为 被引量：10

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作者 邵俊峰 郭劲 王挺峰 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期92-97,共6页

通过双温方程对飞秒单脉冲与双脉冲照射金薄膜进行了计算模拟分析,得到了金靶的电子温度和晶格温度随着时间空间的变化。在同样激光能量密度下,单脉冲与双脉冲使得金膜温度的变化表明双脉冲使得更多的激光能量渗透到靶材内部,这些能量... 通过双温方程对飞秒单脉冲与双脉冲照射金薄膜进行了计算模拟分析,得到了金靶的电子温度和晶格温度随着时间空间的变化。在同样激光能量密度下,单脉冲与双脉冲使得金膜温度的变化表明双脉冲使得更多的激光能量渗透到靶材内部,这些能量可以使得烧蚀深度更深,有利于提高激光烧蚀靶材的效率。计算结果显示随着激光能量密度的增加熔化面深度逐渐增加,单脉冲与双脉冲熔化面深度的变化明显不同。在激光能量密度高于损伤阈值附近,单脉冲的烧蚀深度大于双脉冲的烧蚀深度,随着激光能量密度增加,双脉冲的烧蚀深度将大于单脉冲的烧蚀深度。 展开更多

关键词 光学 飞秒激光烧蚀 双脉冲 双温方程 温度变化

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等离子屏蔽效应下飞秒激光照射金箔的分子动力学模拟 被引量：1

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作者 陈学龙 李凌 《原子与分子物理学报》 CAS 北大核心 2022年第2期75-82,共8页

采用耦合了双温度模型的分子动力学方法对飞秒激光烧蚀金箔的传热过程进行了模拟研究,考虑了非傅里叶效应,探究了不同激光能流密度下等离子体羽流的屏蔽作用.根据密度分布将激光烧蚀过程中的金箔划分为过热液体层、熔融液体层和固体层,... 采用耦合了双温度模型的分子动力学方法对飞秒激光烧蚀金箔的传热过程进行了模拟研究,考虑了非傅里叶效应,探究了不同激光能流密度下等离子体羽流的屏蔽作用.根据密度分布将激光烧蚀过程中的金箔划分为过热液体层、熔融液体层和固体层,并比较了不同激光能量密度下过热液体层表面发生的相爆炸沸腾现象以及表面温度的变化情况.结果表明,随着激光能量密度的增大,等离子体的屏蔽比例几乎呈线性增大.在激光的烧蚀过程中,金箔的上表面最先经历液体层以及过热液体层,并且随着时间的推移,液体层和过热液体层逐渐向金箔底部移动.过热液体层发生体积移除的相爆炸沸腾是金箔烧蚀的主要方式,随着激光能量的增大,爆炸沸腾发生的时间提前,并且结束的时间相应延后,持续时间变长. 展开更多

关键词 飞秒激光烧蚀 等离子体屏蔽 分子动力学 爆炸沸腾

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兆赫兹飞秒激光脉冲制备“珍珠串”光波导

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作者 陈正平 郭凯敏 张天浩 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期136-139,共4页

对纳焦量级的高重频飞秒激光在玻璃内部制备"珍珠串"光波导进行了研究。在制备过程中向外辐射出白光连续光谱,实验结果表明飞秒激光脉冲能量和运行速度对"珍珠串"光波导的形成有较大影响,在激光脉冲能量10.5 nJ,玻... 对纳焦量级的高重频飞秒激光在玻璃内部制备"珍珠串"光波导进行了研究。在制备过程中向外辐射出白光连续光谱,实验结果表明飞秒激光脉冲能量和运行速度对"珍珠串"光波导的形成有较大影响,在激光脉冲能量10.5 nJ,玻璃运行速度为0.2 mm/s情况下制备的"珍珠串"光波导结构较好,"珍珠串"的横向宽度为19μm,"珍珠串"的间隔周期为20μm。制备的"珍珠串"光波导能对玻璃内传输的He-Ne激光进行有效约束。最后对玻璃内部制备"珍珠串"光波导的机制进行了分析。 展开更多

关键词 飞秒激光烧蚀 白光连续光谱 珍珠串光波导

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