长脉冲声光调Q激光器打孔实验研究

摘要

激光作为21世纪的“光工具”,从诞生以来短短的几十年间,已经在工业加工领域得到了广泛的应用。激光打孔由于其显著的优点,被广泛应用于航空涡轮叶片冷却孔、汽车发动机喷油嘴、外科手术针孔等微小孔的加工中。灯泵浦脉冲激光器输出呈尖峰脉冲序列,有益于微小孔的加工,但由于驰豫振荡现象的存在使激光能量分布在每个尖峰脉冲中,降低了峰值功率。对灯泵浦脉冲激光器进行声光调制后能获得规则的脉冲序列,本论文针对长脉冲调Q激光器打孔实验进行了研究。
　　本论文首先从调Q基本理论出发,分析了脉冲峰值功率、脉冲能量和脉冲宽度随调制频率的变化。结合激光与金属材料相互作用的机理,分析了激光在金属表层被吸收以及向内部传热过程,以及等离子体的产生对加工的影响。并结合文献,将激光打孔过程分为三个阶段,建立激光打孔的一般模型。
　　接着,用实验室自制的长脉冲声光调制固体激光器在1mm铁板上进行了打孔实验。主要分析了未调制的长脉冲激光器与声光调制后的激光器在孔型质量、加工效率等方面的差异,对比发现声光调制后规则的脉冲序列能获得更好的孔型质量、更高的加工效率。同时,分析了不同调制频率下打孔效果,认为15KHz时能获得较好的孔型质量。另外,离焦量和激光能量对打孔效果的影响也进行了实验与分析。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 激光打孔的发展现状

1.3 论文研究主要内容

2 调Q基本理论与分析

2.1 调Q基本理论与调制方法

2.2 调Q激光器的基本理论

2.3 本章小结

3 激光与材料相互作用机理

3.1 激光与材料相互作用概述

3.2 激光与材料相互作用一般规律

3.3 激光作用下的传热过程

3.4 激光打孔基本原理

3.5 本章小结

4 激光打孔实验分析

4.1 长脉冲声光调Q激光打孔实验装置

4.2 激光光束质量评价

4.3 激光输出能量与脉冲峰值功率

4.4 本章小结

5 激光打孔试验结果分析

5.1 离焦量对打孔质量的影响

5.2 自由运转激光器与声光调制激光器打孔质量对比

5.3 声光调制频率对孔型质量的影响

5.4 激光能量对孔型参数的影响

5.5 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献