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【研究背景】 圖1所示高斯光斑、平頂圓光斑和環形光斑作用在材料上的光強與溫度場分布示意圖，常規高斯光束能量分布不均勻，中心能量強邊緣能量弱，使用高斯分布聚焦光斑進行激光焊接時，由于光斑中心部分吸收的激光能量高，材料容易熔化氣化蒸發，從而產生飛濺、形成凹陷和空洞等缺陷。平頂光斑作用在材料上時，用于熱傳導的作用，還是會造成中心與邊緣的溫度場分布不均勻，焊接熔深呈現月牙分布。控制飛濺、凹陷和空洞等缺陷的關鍵因素是控制激光束的能量分布，減少中心材料溫度和以及焊點中心和邊緣的溫度差。合理設計的環形光斑，有利于獲得相對均勻性的溫度場分布和相對均勻的熔深分布，減少飛濺、凹陷和空洞等焊接缺陷，是目前高端激光焊接應用的一個技術發展方向。 圖1 不同光斑的光強分布和在材料上的溫度場分布 【痛點問題】 現有基于擺動掃描方式和點環形模式可調光纖激光器，在一定程度上解決了激光焊接的飛濺問題，但是存在結構復雜，設備制造成本和維護成本高，而且不太適合高精密或大功率厚板的激光焊接。 【解決方案】 本成果從激光光學聚焦頭的設計上，提出了申請專利技術的基于衍射光學元件和折射光學元件的環形光斑或點環產生方法，結構設計靈活方便，可適用于高精密激光焊接、高反射材料加工和高功率厚板激光焊接。 （1）基于衍射光學元件的環形光斑產生方法 為了解決能量分布不均勻以及光束敏感性的問題，本成果通過螺旋相位板產生渦旋光束來獲得環形光斑進行焊接。螺旋相位板是一種具有固定折射率的透明板，其一面是平面結構，相對面具有螺旋形狀結構，類似于旋轉臺階，如圖2所示。 圖2 螺旋相位板結構 螺旋相位板其厚度隨著方位角的變化而變化。高斯分布的激光束從螺旋相位板平面端面入射，光束中心與螺旋相位板中心對齊，出射的光束相位被改變，附加一個螺旋相位因子，能量分布變為環形分布，出射的光束變為渦旋光束，其中l為渦旋光束的拓撲荷數，影響渦旋光束能量較低區域的大小。螺旋相位板的臺階高度通常為微米量級，并且初始光束都是通過擴束系統擴束的，基本沒有發散，因此，螺旋相位板對光束光強基本沒有衰減，而只是改變光束的相位。利用螺旋相位板產生的渦旋光束解決了能量分布均勻性的問題，同時用螺旋相位板產生的渦旋光束的穩定性好，環形的能量分布特點，不容易受到外界其他因素影響，可以較為穩定地保持光斑均勻性。本成果具體產生渦旋光束的光路圖如圖3所示。表1給出了不同拓撲數渦旋光束的光場分布。 圖3 產生渦旋光束的光路圖 表1 不同拓撲數渦旋光束的光場分布 本成果設計加工了產生渦旋光束的衍射光學元件，通過組合獲得了不同拓撲數的渦旋光束，圖4給出實驗生產的渦旋光束，相對其他方法產生的環形光斑，采用渦旋光束方式產生環形光斑的好處是，離開焦面還能保持環狀光強分布。除了在激光增材制造有用外，這種光束未來在切割、焊接、打孔等方式都有應用，可以獲得更好的溫度場分布和更好的激光加工效果。 圖4 實驗生產的渦旋光束 （2）基于折射光學元件的環形光斑或點環光斑產生方法 圖5為基于折射光學元件的環形光斑的產生方法，包括透射式的和全反射式的結構，后面根據不同的焊接溫度場分布設計不同組合的環形光斑。 （a）三鏡方案 （b）兩鏡方案 （c）單鏡方案 圖5 基于折射光學元件的環形光斑的產生方法

依托國家重大儀器專項“高精度光梳成像分析儀應用與工程化開發”（2012-2019年）、國家重點研發計劃“超短脈沖激光隱形切割系統及應用” （2018-2022年），在可見和近紅外波段實現了高光束質量、高偏振消光比、抗環境干擾的超短脈沖輸出。期間，攻克了超短脈沖自穩定鎖模技術、低非線性無畸變脈沖放大技術，解決了脈沖鎖模器件易受光致損傷這一制約超快激光發展和應用的根本問題，成功實現了鎖模光纖種子源光路的永久免維護。項目開發了國內首臺第三代半導體晶圓劃片激光器，在應用單位進行芯片封測量產，解決了機械劃片效率低、易崩邊的難題。項目開發的激光光源在THz光譜儀器、光子3D打印、非線性光譜成像、激光精密測量等領域進行示范應用。

首次提出利用高Z涂層的電離效應在激光光壓加速過程中動態補充電子，彌補RT不穩定性帶來的加速等離子體片的電子損失，從而實現動態致穩RPA。這一全新方案非常皮實，三維粒子模擬顯示在目前真實的激光和靶參數條件下，此方案可實現穩定的離子光壓加速，并且可以應用于加速高Z重離子源。

本發明公開了一種光纖輸出的激光光束質量測量裝置和方法， 主要包括一維電動位移臺、三維升降臺、夾具、聚焦鏡片、準直鏡片、 光熱傳感器、紅外熱像儀、暗室和計算機等。本發明裝置為自動化測 量系統，由紅外熱像儀輔助聚焦調節及電腦可視化控制，操作簡便， 結構簡單，誤差引入因素少，可測光強較高、光束尺寸較大、任意波 長激光的光束質量。相比傳統方法中存在的探測器損傷閾值低、動態 范圍較小等問題，本發明可以測量更高功率、更大光束尺寸

本發明公開了一種輸出空心光束的方法，包括：(1)激光器產生 的實心光束，經整形系統整形為中空的環形泵浦光；(2)該中空的環形 泵浦光，沿光軸入射到耦合系統，該耦合系統將所述環形泵浦光變換 成合適直徑大小的空心光束；(3)該空心光束從激光諧振腔的一端面耦 合進入諧振腔，對激光器增益介質進行泵浦，通過相位控制使得所述 諧振腔中的增益介質吸收泵浦光產生連續的空心激光輸出。本發明還 公開了一種空心光束輸出裝置。本發明的裝置和

在各種工業過程中，液滴撞擊到固體表面形成液膜的現象廣泛存在，如選擇性催化還原（SCR）系統中汽車尾氣排放管上尿素溶液液膜的形成等。對液膜進行定量分析不僅能更好的了解液膜形成和蒸發這個極其復雜的物理過程的本質，也對優化所涉及的各種工業過程具有非常重要的意義。在許多情況下，溶液液膜厚度以及液膜內部的成分濃度是密切相關的，對其機理等的研究中這些參數相互耦合，給模型建立和求解帶來困難。傳統的測量方法只能實現對單個參數(厚度或濃度)的測量，無法同時測量。本項目基于比爾-朗伯定律建立溶液液膜多參數反演模型。基于不同濃度的溶液在紅外區域高精度的吸收光譜，通過對溶液吸收系數與濃度的關系進行優化分析組合兩個波數位置，實現對溶液厚度及濃度高精度、高靈敏度的測量。

本發明公開了一種用于增強激光亮度的光學組件及高頻脈沖激光光源；光學組件包括用于將多路激光光線合成一束的棱鏡組、用于 將合束后的激光轉換為片激光的柱面透鏡組以及用于將片激光進行多 次反射使得激光亮度增強的反射鏡腔。高頻脈沖激光光源包括第一激 光器組、第二激光器組、第一組條紋鏡、第二組條紋鏡、偏振合束原 件、半波片、準直透鏡組、導光臂、聚焦透鏡、柱面透鏡組和反射鏡 腔；當所有的激光器同時激發發光，則能使發出的激光亮度急劇增強， 當激光器依次輪流發出激光，則能使發出的激光工作在一個很高的頻 率。本發明結構簡單，控制簡單，多個激光器的合成脈沖使得其具有 激光脈沖輸出頻率高，亮度大的優點，可應用于高速相機的照明光源。 

本發明公開了一種用于增強激光亮度的光學組件及高頻脈沖激光光源；光學組件包括用于將多路激光光線合成一束的棱鏡組、用于將合束后的激光轉換為片激光的柱面透鏡組以及用于將片激光進行多次反射使得激光亮度增強的反射鏡腔。高頻脈沖激光光源包括第一激光器組、第二激光器組、第一組條紋鏡、第二組條紋鏡、偏振合束原件、半波片、準直透鏡組、導光臂、聚焦透鏡、柱面透鏡組和反射鏡腔；當所有的激光器同時激發發光，則能使發出的激光亮度急劇增強，當激光器依次輪流發出激光，則能使發出的激光工作在一個很高的頻率。本發明結構簡單，控制簡單

本發明公開了一種激光光源的傳輸腔室內的溫控與凈化控制系 統，包括：設置在光路傳輸通道的模塊腔體之前的二級調壓閥，用于 調節待進入模塊腔體的通道中的氣體壓力；設置在光路傳輸通道的氣 體凈化裝置和模塊腔體之間的毛細管，用于保證光路傳輸腔室氣壓與 外界氣壓有微正壓；以及設置在光路傳輸通道的模塊腔體之后的節流 閥，且每個模塊腔體之后對應設置一個所述的節流閥，用于調節各模 塊腔室與環境大氣壓的壓差。本發明還公開了相應的溫控與凈化控制 方法。本發明的裝置和方法通過控制腔體與外界的壓差恒定，同時通 過加熱器和熱交

本發明公開了一種測量激光光束質量的裝置、方法及光路準直 方法，解決了現有激光光束質量測量系統放置激光器后需要花費大量 時間進行手動準直的問題。本發明包括激光器，第一衰減片，第二衰 減片，全反射棱鏡，反射鏡，圖像采集模塊，光束傳輸距離調節模塊， 光束傳輸角度調節模塊，數據處理模塊。本發明通過光束傳輸距離調 節模塊和數據處理模塊測量出不同光束傳輸距離下的光斑中心位置計 算出光束偏離角度，從而通過光束傳輸角度調節模塊對激光