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飞秒激光在金属表面微加工的研究

作　者: 李麟
导　师: 傅星
学　校: 天津大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 飞秒激光微机械加工阈值能量烧蚀率
分类号: TG665
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文主要对飞秒激光应用于金属表面微加工的理论基础与实验进行了研究。其中包括飞秒激光与金属间相互作用的过程和机理。具体讨论了飞秒激光能量在不锈钢试件表面上的沉积,激光烧蚀的过程,热作用区域的扩散,烧蚀物质的喷溅,试件表面上等离子体的形成以及激光作用后,物质内部发生的各种变化,内部结构,成份的改变等。参考相关文献利用分子热动力学和双温模型对这些现象提出一定的解释。对飞秒激光加工系统进行了分析,分析了啾波脉冲放大的工作原理。为利用飞秒激光加工系统在不锈钢表面实现微加工提供了理论支持。工作主要包括:1.分析了飞秒激光加工的基本原理及飞秒激光与金属间相互作用机理。掌握了利用飞秒激光加工系统加工金属的基本工艺参数。2.利用Clark公司的飞秒激光加工系统对不锈钢试件表面进行了一系列的基础烧蚀实验。为后期的微加工实验积累数据。3.通过光学显微镜观测不锈钢的烧蚀状态,确定其在不同能量强度,不同作用次数等条件下的烧蚀率,烧蚀面积等工艺指标。4.应用G代码控制工作台加工出汉字结构,并对实验结果进行了分析,最后根据实验数据分析提出若干提高加工质量的方法。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 飞秒激光加工发展现状  7-9
  1.2 本文研究的意义和主要工作  9-11
第二章飞秒激光加工原理  11-29
  2.1 激光能量的吸收  11-12
    2.1.1 金属  11-12
    2.1.2 半导体  12
    2.1.3 透明介质  12
  2.2 雪崩电离效应和多光子电离效应  12-18
    2.2.1 雪崩电离效应  12-13
    2.2.2 多光子电离效应  13-14
    2.2.3 物质对激光能量的吸收  14-18
  2.3 双温模型  18-20
  2.4 物质移动  20-23
    2.4.1 普通气化  20
    2.4.2 普通沸腾  20-21
    2.4.3 爆腾  21-22
    2.4.4 临界点阶段分离  22-23
  2.5 等离子体扩散  23-25
  2.6 纳秒激光烧蚀  25-26
  2.7 样品的激光烧蚀  26-28
    2.7.1 探测技术  26
    2.7.2 矩阵效应  26-27
    2.7.3 部分蒸发  27
    2.7.4 内部标准化  27-28
  2.8 飞秒激光与纳秒激光烧蚀的比较  28-29
第三章激光加工实验仪器及原理  29-38
  3.1 基于啾波脉冲放大原理产生的超快激光  30-35
  3.2 脉冲和光束的属性  35-36
  3.3 聚焦区域与阈值能量的确定  36-38
第四章飞秒激光加工实验数据与分析  38-49
  4.1 对不锈钢的烧蚀研究  38-43
    4.1.1 烧蚀坑形态的初步研究  38-39
    4.1.2 烧蚀坑的形态研究及其对加工质量的影响  39-43
  4.2 不锈钢表面的微加工  43-49
    4.2.1 G代码介绍  43
    4.2.2 G代码举例  43-45
    4.2.3 字体微加工结果与分析  45-49
第五章总结  49-51
参考文献  51-54
发表论文和科研情况说明  54-55
致谢  55

飞秒激光在金属表面微加工的研究

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