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【研究背景】 圖1所示高斯光斑、平頂圓光斑和環(huán)形光斑作用在材料上的光強與溫度場分布示意圖，常規(guī)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(fā)，從而產(chǎn)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(xiàn)月牙分布。控制飛濺、凹陷和空洞等缺陷的關(guān)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(shè)計的環(huán)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(yīng)用的一個技術(shù)發(fā)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(xiàn)有基于擺動掃描方式和點環(huán)形模式可調(diào)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(jié)構(gòu)復雜，設(shè)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(shè)計上，提出了申請專利技術(shù)的基于衍射光學元件和折射光學元件的環(huán)形光斑或點環(huán)產(chǎn)生方法，結(jié)構(gòu)設(shè)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(huán)形光斑產(chǎn)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(chǎn)生渦旋光束來獲得環(huán)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(jié)構(gòu)，相對面具有螺旋形狀結(jié)構(gòu)，類似于旋轉(zhuǎn)臺階，如圖2所示。 圖2 螺旋相位板結(jié)構(gòu) 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?yōu)榄h(huán)形分布，出射的光束變?yōu)闇u旋光束，其中l(wèi)為渦旋光束的拓撲荷數(shù)，影響渦旋光束能量較低區(qū)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(tǒng)擴束的，基本沒有發(fā)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(chǎn)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(chǎn)生的渦旋光束的穩(wěn)定性好，環(huán)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(wěn)定地保持光斑均勻性。本成果具體產(chǎn)生渦旋光束的光路圖如圖3所示。表1給出了不同拓撲數(shù)渦旋光束的光場分布。 圖3 產(chǎn)生渦旋光束的光路圖 表1 不同拓撲數(shù)渦旋光束的光場分布 本成果設(shè)計加工了產(chǎn)生渦旋光束的衍射光學元件，通過組合獲得了不同拓撲數(shù)的渦旋光束，圖4給出實驗生產(chǎn)的渦旋光束，相對其他方法產(chǎn)生的環(huán)形光斑，采用渦旋光束方式產(chǎn)生環(huán)形光斑的好處是，離開焦面還能保持環(huán)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(yīng)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(chǎn)的渦旋光束 （2）基于折射光學元件的環(huán)形光斑或點環(huán)光斑產(chǎn)生方法 圖5為基于折射光學元件的環(huán)形光斑的產(chǎn)生方法，包括透射式的和全反射式的結(jié)構(gòu)，后面根據(jù)不同的焊接溫度場分布設(shè)計不同組合的環(huán)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(huán)形光斑的產(chǎn)生方法

依托國家重大儀器專項“高精度光梳成像分析儀應(yīng)用與工程化開發(fā)”（2012-2019年）、國家重點研發(fā)計劃“超短脈沖激光隱形切割系統(tǒng)及應(yīng)用” （2018-2022年），在可見和近紅外波段實現(xiàn)了高光束質(zhì)量、高偏振消光比、抗環(huán)境干擾的超短脈沖輸出。期間，攻克了超短脈沖自穩(wěn)定鎖模技術(shù)、低非線性無畸變脈沖放大技術(shù)，解決了脈沖鎖模器件易受光致?lián)p傷這一制約超快激光發(fā)展和應(yīng)用的根本問題，成功實現(xiàn)了鎖模光纖種子源光路的永久免維護。項目開發(fā)了國內(nèi)首臺第三代半導體晶圓劃片激光器，在應(yīng)用單位進行芯片封測量產(chǎn)，解決了機械劃片效率低、易崩邊的難題。項目開發(fā)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(lǐng)域進行示范應(yīng)用。

首次提出利用高Z涂層的電離效應(yīng)在激光光壓加速過程中動態(tài)補充電子，彌補RT不穩(wěn)定性帶來的加速等離子體片的電子損失，從而實現(xiàn)動態(tài)致穩(wěn)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(shù)條件下，此方案可實現(xiàn)穩(wěn)定的離子光壓加速，并且可以應(yīng)用于加速高Z重離子源。

本發(fā)明公開了一種光纖輸出的激光光束質(zhì)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(fā)明裝置為自動化測 量系統(tǒng)，由紅外熱像儀輔助聚焦調(diào)節(jié)及電腦可視化控制，操作簡便， 結(jié)構(gòu)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(zhì)量。相比傳統(tǒng)方法中存在的探測器損傷閾值低、動態(tài) 范圍較小等問題，本發(fā)明可以測量更高功率、更大光束尺寸

本發(fā)明公開了一種輸出空心光束的方法，包括：(1)激光器產(chǎn)生 的實心光束，經(jīng)整形系統(tǒng)整形為中空的環(huán)形泵浦光；(2)該中空的環(huán)形 泵浦光，沿光軸入射到耦合系統(tǒng)，該耦合系統(tǒng)將所述環(huán)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(zhì)進行泵浦，通過相位控制使得所述 諧振腔中的增益介質(zhì)吸收泵浦光產(chǎn)生連續(xù)的空心激光輸出。本發(fā)明還 公開了一種空心光束輸出裝置。本發(fā)明的裝置和

在各種工業(yè)過程中，液滴撞擊到固體表面形成液膜的現(xiàn)象廣泛存在，如選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)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(fā)這個極其復雜的物理過程的本質(zhì)，也對優(yōu)化所涉及的各種工業(yè)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(nèi)部的成分濃度是密切相關(guān)的，對其機理等的研究中這些參數(shù)相互耦合，給模型建立和求解帶來困難。傳統(tǒng)的測量方法只能實現(xiàn)對單個參數(shù)(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(shù)反演模型。基于不同濃度的溶液在紅外區(qū)域高精度的吸收光譜，通過對溶液吸收系數(shù)與濃度的關(guān)系進行優(yōu)化分析組合兩個波數(shù)位置，實現(xiàn)對溶液厚度及濃度高精度、高靈敏度的測量。

本發(fā)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(zhuǎn)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(fā)發(fā)光，則能使發(fā)出的激光亮度急劇增強， 當激光器依次輪流發(fā)出激光，則能使發(fā)出的激光工作在一個很高的頻 率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)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(yōu)點，可應(yīng)用于高速相機的照明光源。 

本發(fā)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(zhuǎn)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(fā)發(fā)光，則能使發(fā)出的激光亮度急劇增強，當激光器依次輪流發(fā)出激光，則能使發(fā)出的激光工作在一個很高的頻率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，控制簡單

本發(fā)明公開了一種激光光源的傳輸腔室內(nèi)的溫控與凈化控制系 統(tǒng)，包括：設(shè)置在光路傳輸通道的模塊腔體之前的二級調(diào)壓閥，用于 調(diào)節(jié)待進入模塊腔體的通道中的氣體壓力；設(shè)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(shè)置在光路傳輸通道的模塊腔體之后的節(jié)流 閥，且每個模塊腔體之后對應(yīng)設(shè)置一個所述的節(jié)流閥，用于調(diào)節(jié)各模 塊腔室與環(huán)境大氣壓的壓差。本發(fā)明還公開了相應(yīng)的溫控與凈化控制 方法。本發(fā)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(fā)明公開了一種測量激光光束質(zhì)量的裝置、方法及光路準直 方法，解決了現(xiàn)有激光光束質(zhì)量測量系統(tǒng)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(fā)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(diào)節(jié)模塊， 光束傳輸角度調(diào)節(jié)模塊，數(shù)據(jù)處理模塊。本發(fā)明通過光束傳輸距離調(diào) 節(jié)模塊和數(shù)據(jù)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(diào)節(jié)模塊對激光