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作者：李普年华中科技大学

学位级别：硕士

飞秒激光与物质相互作用产生的一些奇妙现象引起了研究者的极大关注,当线性极化的飞秒脉冲激光以材料烧蚀阈值附近的能量密度入射到靶材表面时,会在表面诱导出类似于光栅的周期性结构。周期性结构的取向垂直于入射激光的极化方向,周期... 详细信息

飞秒激光与物质相互作用产生的一些奇妙现象引起了研究者的极大关注,当线性极化的飞秒脉冲激光以材料烧蚀阈值附近的能量密度入射到靶材表面时,会在表面诱导出类似于光栅的周期性结构。周期性结构的取向垂直于入射激光的极化方向,周期大小与入射激光的波长相当,其形貌受到靶材的物性参数以及入射飞秒激光参数的影响。激光诱导材料表面周期性结构的研究,为快速制作表面纳米器件提供实验基础,并且在改变材料的光学特性、光子学、光电子学和生物光学器件等方面有潜在的应用。本文首先综述了飞秒激光技术的发展、激光与物质相互作用的原理及其表现出来的新特征、飞秒激光的应用以及飞秒激光诱导表面周期性结构的研究进展和飞秒激光与物质相互作用的理论研究概况。其次,我们实验探究了飞秒激光诱导金属靶材表面周期性结构的形成条件,并分析了周期性结构形成的规律。实验探索了飞秒脉冲激光在一定能量密度下,通过改变脉冲数诱导表面周期性结构的形貌特征,并采用ESEM和EDAX进行表征,表明周期性结构形成中没有氧化现象的发生。讨论了几种金属表面周期性结构形成对激光入射角的依赖关系。发现随着角度的增加,几种金属的周期性结构的周期之间的差别越来越大。并对其进行理论分析,验证了实验的结果。最后,结合实验结果,分析了周期性结构产生过程中存在能量阈值E的原因,揭示出单脉冲能量阈值E的存在,并结合能量累积效应,讨论入射激光能量密度在E (?) E范围时,存在多脉冲激光诱导表面周期性结构的脉冲数阈值N。最后结合实验,讨论周期结构形成中的能量累积效应及其对表面周期性结构的影响。对激光诱导表面周期性结构的实验研究,以及对周期性结构形成中能量阈值现象和能量累积效应的初探,不仅能够合理的解释飞秒激光诱导金属表面周期性结构随激光的能量密度和脉冲数的演化规律,而且对激光诱导其它材料表面周期性结构的解释,同样具有普适性。

关键词：飞秒激光脉冲表面周期性结构单脉冲能量阈值能量累积效应

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飞秒激光精修面齿轮的扫描烧蚀特征控制

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中国机械工程 2022年第13期33卷 1544-1550页

作者：明兴祖肖勇波刘克非周贤张海波明瑞湖北文理学院机械工程学院襄阳441053 湖南工业大学机械工程学院株洲412007

基于飞秒激光精修面齿轮时的能量累积效应,建立了光子-电子-晶格系统间耦合作用的三温传热模型,提出一种确定飞秒激光烧蚀齿面扫描路径间扫描间距的方法。仿真得出,能量密度为6.47 J/cm^(2)时,平衡温度3200 K超过材料的熔化温度,热累积... 详细信息

基于飞秒激光精修面齿轮时的能量累积效应,建立了光子-电子-晶格系统间耦合作用的三温传热模型,提出一种确定飞秒激光烧蚀齿面扫描路径间扫描间距的方法。仿真得出,能量密度为6.47 J/cm^(2)时,平衡温度3200 K超过材料的熔化温度,热累积效应明显。根据不同的扫描间距计算激光累积强度,以控制凹坑烧蚀深度和轮廓。实验结果显示,能量密度为6.47 J/cm^(2)时,随着扫描间距的减小,激光累积强度增大,齿面的烧蚀深度线性增大;扫描间距为25μm时的齿轮表面加工质量良好。

关键词：飞秒激光三温传热模型能量累积效应烧蚀深度

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飞秒激光烧蚀面齿轮材料的工艺参数影响研究

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激光与光电子学进展 2023年第9期60卷 311-321页

作者：明兴祖赖名涛袁磊刘克非周贤明瑞湖北文理学院机械工程学院湖北襄阳441053 湖南工业大学机械工程学院湖南株洲412007

根据面齿轮材料18Cr2Ni4WA的飞秒激光扫描加工中的温度传递过程,建立了三温传热模型,并建立了扫描加工中的多脉冲能量累积模型。仿真分析了改变激光能量密度对烧蚀材料时电子晶格温度的变化,多脉冲加载下电子、晶格和材料表面最高温度... 详细信息

根据面齿轮材料18Cr2Ni4WA的飞秒激光扫描加工中的温度传递过程,建立了三温传热模型,并建立了扫描加工中的多脉冲能量累积模型。仿真分析了改变激光能量密度对烧蚀材料时电子晶格温度的变化,多脉冲加载下电子、晶格和材料表面最高温度的变化,以及改变扫描速度和扫描间距对加载能量的变化,结果表明随着能量密度的增大,电子最高温度从37000 K上升至44000 K、最终平衡温度从17000 K上升至22000 K。在多脉冲的加载下,随着能量密度的增大,电子最高温度也有一定程度的增大,并且材料表面最高温度的平衡温度也会增大,从2600 K上升至3250 K。随着扫描速度和扫描间距的增大,多脉冲累积能量有一定的减小,能量分布尺度在增大。试验分析了不同能量密度、扫描速度和扫描间距对飞秒激光烧蚀面齿轮材料的影响,并对烧蚀形貌进行了粗糙度分析,结果表明,当能量密度为4.34 J/cm^(2)、扫描速度为300 mm/s、扫描间距为18μm时,烧蚀形貌质量较好。该研究为提高飞秒激光扫描加工面齿轮材料的表面形貌质量提供了研究基础。

关键词：激光光学飞秒激光三温传热模型扫描速度能量累积效应扫描间距

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飞秒激光烧蚀面齿轮的多动态效应影响齿面形貌研究

飞秒激光烧蚀面齿轮的多动态效应影响齿面形貌研究

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作者：李学坤湖南工业大学

学位级别：硕士

随着飞秒激光加工技术发展的愈发成熟,针对一些特殊材料以及不规则形状物质的加工,飞秒激光技术所能发挥出的作用愈发明显。飞秒激光可以实现微纳米级别的精准加工,对加工区周围的热影响小,可加工其他长脉冲激光难以加工的材料。本文采... 详细信息

随着飞秒激光加工技术发展的愈发成熟,针对一些特殊材料以及不规则形状物质的加工,飞秒激光技术所能发挥出的作用愈发明显。飞秒激光可以实现微纳米级别的精准加工,对加工区周围的热影响小,可加工其他长脉冲激光难以加工的材料。本文采用理论建模、仿真分析与实验验证相结合的方法,分析加工工艺参数对多种动态效应及其齿面形貌的影响规律,从而提高面齿轮的加工精度。主要包括以下内容:(1)针对面齿轮材料对飞秒激光能量的吸收过程以及激光能量与材料的相互作用机理,分析了飞秒激光烧蚀面齿轮过程中,等离子体冲击波效应、能量累积效应、变离焦效应对烧蚀材料的影响过程。(2)面齿轮材料的飞秒激光烧蚀特性与等离子体冲击波的动态反冲压力研究。利用烧蚀阈值理论,研究飞秒激光对面齿轮的烧蚀特征,得到了面齿轮的烧蚀阈值。建立烧蚀模型,计算仿真了飞秒激光在单脉冲与多脉冲烧蚀过程中的理论宽度与深度。利用等离子体冲击波传播半径随时间变化的规律,耦合飞秒激光多脉冲烧蚀时其齿面残余温度的变化,得到等离子体冲击波的动态反冲压力机理图,进行了试验验证分析。(3)飞秒激光烧蚀面齿轮的复耦合模型研究。将能量累积效应与变离焦效应耦合到双温模型中,结合飞秒激光烧蚀非平面材料时激光光斑能量的变化得到了激光烧蚀复耦合模型,仿真得到了这两种效应对烧蚀凹坑深度以及半径的影响程度,得到了多脉冲加工时烧蚀凹坑形状变化以及凹坑壁的光滑程度影响规律,并进行了实验分析。

关键词：飞秒激光齿面形貌等离子体冲击波效应能量累积效应变离焦效应

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500kV串补MOV短时工频电压耐受能力试验研究

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南方电网技术 2017年第3期11卷 31-38页

作者：蔡汉生刘刚贾磊胡上茂陈喜鹏何计谋谢清云祝嘉喜直流输电技术国家重点实验室(南方电网科学研究院) 广州510663 西安西电避雷器有限责任公司西安710200

针对南方电网中串补MOV故障频发的现象,基于串补输电系统区内故障工况,设计了串补MOV短时工频耐受试验方案,并搭建了MOV工频电压耐受试验回路,开展了8支MOV试品的工频电压耐受试验。试验结果证明,单支MOV具有较强的工频能量吸收能力,MO... 详细信息

针对南方电网中串补MOV故障频发的现象,基于串补输电系统区内故障工况,设计了串补MOV短时工频耐受试验方案,并搭建了MOV工频电压耐受试验回路,开展了8支MOV试品的工频电压耐受试验。试验结果证明,单支MOV具有较强的工频能量吸收能力,MOV间隔数分钟可承受多次负载作用;在高工频电压应力和热应力下,随着耐受时间的增加,MOV电阻阀片温度迅速升高,电阻片柱侧面绝缘的耐受能力降低,从而导致MOV电阻片柱沿面闪络发生。

关键词：串补MOV 仿真计算试验研究短时工频耐受电压能量累积效应沿面闪络

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