柔性加工中高功率激光束空间变换研究

在国民经济中占有重要地位的汽车工业中，对于大型覆盖件模具的表面强化处理，最常见的是火焰淬火。火焰淬火对操作人员的要求高，可控性差，效果不理想，但是由于一直没有适合的方法，目前也只能继续使用。而激光表面强化技术结合柔性加工系统正是解决这类问题的新途径。传统的激光表面强化是采用把激光束离焦后进行扫描的方式，这种方法不能充分利用激光功率密度，而且往往要用转镜或振镜形成条形光斑来加快处理速度，这就需要复杂的机械结构，而且产生难以避免的重叠回火。我们提出一种新方法，利用二元光学元件来获得一种新型的周期光强分布，实现其在高功率激光系统中的应用，并设计成为集成到柔性加工系统中的组成部分，能够完成对大、中型模具表面的激光强化处理。本论文的工作主要是有关激光柔性加工系统中的光束传输及变换子系统，不仅包括理论设计、加工制作，同时还包括把该子系统有效的结合到整个系统中。本研究工作广泛涉及激光理论，光束变换和光纤传输，系统中的模块化集成应用技术，金属材料的特殊分布光强表面改性试验研究等等，是跨学科的交叉研究工作。在本论文中，重点是二元光学元件的设计方法的选择、计算机辅助设计的实现、二元光学元件的制作和在高功率激光传输中的应用，以及特殊光强分布应用于金属表面改性中的相关工作。通过把二元光学元件引入到高功率激光加工中，对出现的新现象给出一定的预测和分析，并获得了良好的强化结果，最终实现了系统的集成化，并具有实际生产所要求的可靠性和灵活性。本论文共分六章，主要包括两方面的内容。第一章为绪论，第六章为结论。第一方面内容在第二章到第四章中说明，是用于高功率激光应用中的二元光学元件的原理、设计和制作。第二方面的内容在第五章中，是关于应用前面设计制作的二元光学元件，在实际的金属材料表面处理中的实验研究，给出了相关试验结果。

激光聚焦爆炸耦合场的理论建模与跨尺度计算

针对激光聚焦爆炸的电磁-热力耦合效应,在宏观尺度上,把描述激光电磁波散射和传播的Maxwell方程和高温高压气动流场的Euler方程结合起米,利用热力学状态方程(EOS)和电离平衡方程(Saha方程)并通过理论建模和数值仿真,研究和揭示激光聚焦爆炸效应及激光支持吸收波(LSC/LSD)的产生和演化、以及相关的反冲压力和动量耦合等相互作用机制.

高强度飞秒激光脉冲在空气中的自压缩

利用高重复频率(1kHz)、吉瓦级飞秒激光脉冲实验验证了高强度飞秒脉冲在空气中的自压缩现象，研究了入射脉冲在不同初始啁啾情况下经空气中聚焦成丝后，时域及频域特性随入射脉冲能量的变化规律．实验结果表明，在无需后继色散补偿情况下，高强度飞秒脉冲仅通过在空气中的非线性传输过程就可以实现脉冲压缩；在入射脉冲为负啁啾情况下，实验观察到脉冲光谱及时域宽度同时得到压缩，并可获得比激光源所能提供的更短的近双曲正割型变换限脉冲．

Study of the effect of alcohol on single human red blood cells using near-infrared laser tweezers Raman spectroscopy

The effect of alcohol solution on single human red blood Cells (RBCs) was investigated using near-infrared laser tweezers Raman spectroscopy (LTRS). In our system, a low-power diode laser at 785 nm was applied for the trapping of a living cell and the excitation of its Raman spectrum. Such a design could simultaneously reduce the photo-damage to the cell and suppress the interference from the fluorescence on the Raman signal. The denaturation process of single RBCs in 20% alcohol solution was investigated by detecting the time evolution of the Raman spectra at the single-cell level. The vitality of RBCs was characterized by the Raman band at 752 cm(-1), which corresponds to the porphyrin breathing mode. We found that the intensity of this band decreased by 34.1% over a period of 25 min after the administration of alcohol. In a further study of the dependence of denaturation on alcohol concentration, we discovered that the decrease in the intensity of the 752 cm(-1) band became more rapid and more prominent as the alcohol concentration increased. The present LTRS technique may have several potential applications in cell biology and medicine, including probing dynamic cellular processes at the single cell level and diagnosing cell disorders in real time. Copyright (c) 2005 John Wiley T Sons, Ltd.

室温下稳定的多波长掺铒光纤激光器的研究

通过在线形谐振腔中引入一段缠绕在压电陶瓷上的单模光纤作为正弦相位调制器，使得激射波长的损耗不固定，抑制由于掺铒光纤的均匀展宽效应引起的模式竞争，从而避免了在室温下不稳定的单波长激射，实现了多波长掺铒光纤激光器的稳定输出。为了获得平坦的多波长输出，在谐振腔里使用了一个损耗峰位于1530nm处的长周期光纤光栅，以获得较为平坦的增益谱。通过两个3dB耦合器制成的反射型梳状滤波器的滤波作用，实验中观察到稳定的多波长激射，相邻波长间隔约为0．45nm。中心9个波长的输出功率平坦度为10dB，边模抑制比大于25dB。

提高能量密度的超衍射极限激光光束相位补偿技术

定义了激光光束衍射远场光斑压缩前后的能量比以及能量密度比来衡量超衍射极限激光光束的质量。通过利用反向传递算法设计了合适的补偿相位板，不但对准直放大的单一横模激光光束进行小于光学衍射极限的发散度的压缩，同时又保证光束能量集中于压缩后的远场衍射主瓣中，使压缩后的远场衍射光斑的能量密度增加。给出了相应的实例。这一结论不但解决了光学超分辨中光束压缩与能量损失不可避免这一矛盾，而且为发散度小且能量密度高的超衍射极限激光光束的实验工作以及该类光束的实际应用提供了理论基础。