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变能量激光选区熔化IN718镍基超合金的成形工艺及高温机械性能被引量：18: 2015年; 开展了基于激光选区熔化技术对IN718镍基超合金直接激光熔化成形的研究。将零件分为心部与轮廓区,通过改变激光线输入量进行选区熔化研究。首先,建立熔池内烧结的数值模型,改变激光线输入量,获得了激光线输入量对零件致密度的影响规律并观察了成形体中的组织生长。然后,增加轮廓部位扫描,改变激光线输入量与扫描顺序,获得其对零件表面质量的影响规律。最后,通过优化热处理工艺提高零件高温拉伸强度和高温持久性能。试验结果表明,在激光线输入量为300J/m时,成形体致密度最高,为98.9%,成形体沿层间方向组织为树枝晶加等轴晶,在层内方向组织为等轴晶。采用心部+后轮廓扫描的方式,轮廓激光线输入量为100J/m时表面质量最优,粗糙度为3.1μm。对成形体采用1 065℃固溶+双时效的热处理可以获得最佳高温性能组合,高温拉伸强度为1 356MPa,高温持久时间为34h。结果显示,通过激光选区熔化制作IN718镍基超合金可以满足航空结构件对致密度、表面质量和高温性能要求。; 闫岸如杨恬恬王燕灵王智勇; 关键词：激光成形致密度

聚光模组二次光学元件优化设计与研究被引量：8: 2015年; 聚光光伏模组中,二次光学元件对增加太阳能电池接收到的入射光能量,提高聚焦光斑均匀性和增大菲涅耳透镜接收角具有重要作用。设计了一种用于聚光光伏模组的全反射式二次光学元件,用Solidworks软件建立了三维模型,结合实际工程应用,借助Zemax软件光学模拟仿真手段,对二次光学元件的倾角和高度等重要参数进行了优化。并制作了不同参数的二次光学元件,配合菲涅耳透镜、太阳能电池,搭建了实物聚光发电单元,在太阳模拟器下进行I-V性能测试,结果表明当二次光学元件高度为6 mm,上圆直径为7 mm时,太阳能电池的输出功率达到最大值720 m W,与不加二次光学元件相比,输出功率提高了16%。说明该二次光学元件对提高聚光模组效率作用显著。; 杨光辉刘友强尧舜郭丽敏陈丙振王智勇; 关键词：光学设计

半导体激光阵列“Smile”效应下快轴准直镜的装调被引量：3: 2014年; 针对3种典型"Smile"形态的半导体激光阵列(LDA)如何装调快轴准直镜的问题,开展"Smile"条件下快轴准直实验定量研究。利用光纤近场扫描法和最小二乘法获得LDA的"Smile"值,采用Zemax非序列模式,模拟"Smile"下LDA的快轴准直。结果表明,LDA的"Smile"大小及形态分布影响准直镜装调位置,透镜光轴需要与LDA匹配,否则会造成光束质量的劣化。这为实际掌握LDA的快轴准直安装提供一种思路,为进一步集成高功率高光束质量的大功率半导体激光器提供了理论和实验基础。; 潘飞尧舜贾冠男李峙高祥宇彭娜王智勇; 关键词：半导体激光阵列

半导体激光阵列快轴准直特性: 2014年; 为解决大功率半导体激光阵列快轴准直镜装调缺乏定量研究的问题,利用光线传输矩阵法和CCD成像法,获得其准直后光束的指向和发散角.对比半导体远场特性分析仪测量准直后的残余发散角可知,利用光线传输矩阵法和CCD成像法测量角度,测量误差可以控制在13%以内,CCD成像法可作为调整半导体激光阵列准直的有效监测手段.同时,测试6个自由度上准直镜的位置对快轴准直的影响,分析各轴上准直镜位置的允许偏差量,为全自动装调快轴准直镜的算法优化提供了实验基础.结果表明:快轴准直镜装调对各轴运动精度要求不同,尤其对y轴运动精度要求最高.; 潘飞尧舜贾冠男李峙高祥宇彭娜王智勇; 关键词：半导体激光阵列准直发散角 CCD成像

激光加工用半导体激光器的光束变换被引量：9: 2012年; 考虑不同的激光加工方式对激光功率密度和激光光斑尺寸的要求不同,研究了如何通过调整光路设计实现各种尺寸的聚焦光斑输出,使半导体激光器满足不同激光加工方式的需求。利用ZEMAX光学设计软件模拟半导体激光光路,包括光束整形、准直、聚焦等光束变换方式,实现了多种尺寸的光斑输出。实验中采用16个bar叠加而成的980nm半导体激光叠阵,阈值电流为6.4A,最大工作电流为84.8A,最大输出功率为1 280W,总的电-光转换效率为58.9%。准直后快轴的发散角小于4mrad,慢轴的发散角小于20mrad。通过实验对该激光叠阵进行光束整形和扩束准直、聚焦,最终实现了功率为1 031W的激光输出,聚焦镜焦距为300mm时的聚焦光斑尺寸达1.2mm×1.5mm,功率密度达3.8×104 W/cm2,可以用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和热导型焊接。; 刘友强曹银花潘飞高静秦文斌刘世光王智勇; 关键词：激光加工半导体激光器光束整形光束质量

密集矩阵式聚光模组二次微棱镜设计与研究被引量：1: 2015年; 针对二次聚光器结构复杂、加工工艺难度大、成本高的问题,结合实际工程应用,设计了应用于密集矩阵式聚光模组的二次微棱镜,用Solidworks建立了三维模型,借助Zemax光学模拟仿真手段,对二次微棱镜的倾角和高度等重要参数进行了优化仿真,结果表明当二次微棱镜高度为5 mm、上底面边长为7 mm、工作面倾角为67.38°时,太阳能电池接收的太阳辐射能量最大,达到最大值2.466 9 W,与不带二次微棱镜接收能量1.876 0 W相比,提高了31%,该二次微棱镜对提高聚光模组效率作用显著。; 杨光辉刘友强王玉敏郭丽敏陈丙振王智勇; 关键词：光学设计

激光加工用5kW光纤耦合半导体激光器被引量：25: 2015年; 针对国内大功率半导体激光光纤耦合存在的问题,设计了光纤耦合聚焦系统,研制了5kW光纤耦合半导体激光器。比较了常见圆光斑光纤耦合与半导体激光方光斑光纤耦合的区别;对国产阵列型半导体激光堆栈,采用光束质量均匀化、偏振合束、多波长合束多路耦合等方式增加能量,将激光耦合进芯径为800μm,数值孔径(NA)为0.2的传能光纤中,实现了光纤耦合半导体激光输出光功率5 109W,光纤耦合效率85.69%,系统整体电光转换效率49.48%;在聚焦镜焦距为250mm时其激光功率密度达到2×105 W/cm2,可以用于金属的表面重熔、合金化、熔覆和焊接等领域。该激光器除了传能光纤外,其余部件均为为国产和自主研发,对我国国产高功率光纤耦合半导体激光器的开发具有重要的推动作用。; 刘友强曹银花李景邱运涛秦文斌王智勇王大勇杨光辉; 关键词：激光加工半导体激光器光纤耦合激光焊接激光熔覆

高倍聚光光伏可拆卸型二次反射镜设计与研究被引量：6: 2013年; 高倍聚光光伏技术是将垂直入射于菲涅耳透镜上的太阳光聚焦到电池片上,通过光电转换产生电能,但实际应用时,由于跟踪器跟踪精度低、支架受风会抖动等因素存在,无法保证太阳光始终垂直入射于菲涅耳透镜。针对该问题,在菲涅耳透镜和太阳能电池之间增加一个可拆卸的倒置的去掉顶部的棱锥形二次反射镜来提高聚光光伏的接收角,给出了具体的设计实例,并应用Solidworks软件和Tracepro软件对设计实例进行了计算机光学模拟。结果证实:该二次反射镜能很好地提高聚光光伏的接收角,并改善了菲涅耳透镜聚焦光斑的能量均匀性。; 郭丽敏卫明杨光辉代明崇王智勇; 关键词：菲涅耳透镜光学设计

K640高温合金选区激光熔化成形工艺及性能研究被引量：3: 2016年; 针对K640钴基合金粉末进行选区激光熔化(SLM)成形工艺优化实验,以期获得高致密度K640合金的工艺参数。在固定层厚条件下,研究了激光功率、扫描速度、扫描间距、扫描线长度对致密度的影响,分析优化参数下成形件的显微组织,探讨激光线能量密度与成形件粗糙度以及维氏硬度的关系。研究结果表明,成形件致密度随着激光线能量密度的增加呈先增大后减小趋势,随着扫描间距和扫描线长度的增加,致密度不断减小,最终在激光功率190 W、扫描速度800mm/s、扫描间距0.08mm、扫描线长度0.08mm下获得98.2%高致密度试样;成形件上表面和侧面粗糙度结果相差较大,上表面粗糙度随着激光线能量密度的增加而缓慢减小,而激光线能量密度对侧面粗糙度并无明显影响;选区激光熔化成形的K640合金平均硬度达到500HV,高于传统铸造K640合金硬度。; 杨恬恬闫岸如王燕灵马志红杜云王智勇; 关键词：选区激光熔化致密度表面粗糙度

掺镱全光纤激光器研究被引量：2: 2015年; 依据速率方程和边界条件,对高功率多点抽运全光纤激光器进行了研究.通过自制的级联侧面泵浦耦合器搭建全光纤激光器,级联耦合器的单点泵浦效率为96%,泵浦传输损耗为10%,信号光损耗分别是0.18dB和0.87dB;线性谐振腔结构中:前向抽运的光-光转换效率为69%,低于后向抽运中70%的光-光转换效率,与理论分析一致;双向泵浦方式中,在单臂输入975nm泵浦功率为110 W的条件下,激光功率输出为311 W,中心波长为1 080nm,光谱宽度为1.6nm,光-光转换效率为70%,光束质量约为1.3.激光器性能稳定,若增加单臂泵浦功率或级联泵浦耦合器个数,可获得更高功率的激光输出.; 张雪霞葛廷武谭祺瑞刘琛辰王智勇; 关键词：激光器全光纤激光器双向抽运双包层光纤高功率输出

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国家自然科学基金(61006040)

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