第八讲Laserforming.ppt

引述 激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、 “最准的尺”、“最亮的光”。 它的亮度约为太阳光的100亿倍。 引述 引述 激光的理论基础起源于爱因斯坦1917年提出的“光与物质相互作用”:，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，同时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，产生弱光激发出强光的现象。 1958年，美国科学家肖洛（Schawlow）和汤斯（Townes）发现了：将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。根据这一现象，他们提出了激光原理，即物质在受到与其分子固有振荡频率相同的能量激发时，都会产生这种不发散的强光--激光。他们为此发表了重要论文，并获得1964年的诺贝尔物理学奖。 1960年7月7日，梅曼宣布世界上第一台激光器诞生，方案是，利用一个高强闪光灯管，来激发红宝石，就是所谓的红宝石激光器。梅曼因而也成为世界上第一个将激光引入实用领域的科学家。 思考题 1、当光与物质相互作用时，将会同时出现的三个过程是什么？ 2、实现大量原子的受激辐射而产生激光的条件是什么？ 3、激光的分类？ 4、激光对材料加工的过程及应用。 1、LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 同 当光与物质相互作用时，自发辐射、受激辐射和受激吸收这三个过程是同时出现的，如何实现大量原子的受激辐射而产生激光? 工作物质必须能实现粒子数反转。可以是气体、固体或半导体。现已有工作物质近千种，可以产生波长从紫外到远红外波段的激光。 为了不断地得到激光输出，就需不断地将处于低能级的原子抽运到高能级上去， 激励源形象地称为泵。 用气体放电的办法激发物质原子，称为电激励； 也可用脉冲光源去照射工作物质，称为光激励； 还有热激励、化学激励等； 6、激光冷冻原子 激光的制冷原理就是要降低物体中分子的热运动； 朱棣文首先采用三束相互垂直的激光，从各个方面对原子进行照射，使原子陷于光子海洋中，运动不断受到阻碍而减速。激光的这种作用被形象地称为“光学粘胶”。 a、有效的抑制汽化；——能量保证 b、由于波形能量分布而产生的凸缘尖端其生长速率最大，乳突结构在时间上就有了形成的可能——快速熔凝理论 c、通常伴随着组织的变化，——物质基础 （1）钛宝石飞秒激光参数脉冲宽度150fs 中心波长775nm 重复频率1KHz 单脉冲能量在0-1mJ范围内可调，激光束为线偏振光垂直入射 焦点处直径为50μm 图2 SEM观察整体形貌 2、乳突结构的激光制备 （2）形貌 图3 乳突周围的结构形貌（a）二维（b）三维 （b） （a） 2、乳突结构的激光制备 图4 单个乳突结构的形貌（a）三维（b）二维 （a） （b） 2、乳突结构的激光制备 从结构上分为四个区域 结晶末梢尖端区 柱状乳突区 乳突周围毛糙区 热影响区 图3 乳突周围的结构形貌（a）二维（b）三维 （b） （a） 2、乳突结构的激光制备 图5 抛光之后的乳突形貌 2、乳突结构的激光制备 图3 乳突周围的结构形貌（a）二维（b）三维 （b） （a） 2、乳突结构的激光制备 （3）讨论 图5 抛光之后的乳突形貌 d、从仿生学的观点出发， 这种柱状乳突表面结构有了优异的摩擦、磨损和润湿性等表面性能的尺寸保证和组织保证。 2、乳突结构的激光制备 博士课题的部分工作 YAG Laser Sample 不锈钢薄片（Φ15 mm×0.2 mm） 3、微纳米复合结构的激光制备 激光的应用 激光应用很广泛，主要有激光打标、光纤通信、激光光谱、激光测距、激光雷达、激光切割、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器等等 50 micron diamater, steel 5 micron diamater, steel 50 micron squares, silicon 125 micron diameter, alumina 150 micron diameter, silicon 80 micron diameter, Si3N4 50 micron diameter, Polymer (Kapton) 200 micron diameter,Glass 1、激光打孔 2、激光切割 工件与激光束有相对移动 有时采用同轴吹氧，大幅度提高切割速度 Copper Tungsten Diamond Steel Silicon Ceramic Polymer Sapphire A cross section of laser cutting of 12.7mm thick In