矢量光场的调控及其在表面加工中的应用

论文摘要

从1960年人类发明第一台激光器开始,人类便开始了调控激光以获得更好的激光加工效果。本文首先介绍了矢量光场的概念、理论基础及在聚焦方面的主要应用,对激光加工的理论基础和物理机制进行了分析,给出了矢量光场在激光加工中的特点和优势。其次,介绍了矢量光场的产生与调控方法,对广泛应用的主动和被动生成法分别进行了分析,包括利用空间光调制器、萨格纳克干涉仪和超表面等调控方法。本论文在以上研究基础之上,对矢量光场的调控及其在表面加工中的应用进行了研究,主要研究内容和结果如下:1、在第三章中,根据矢量光场在激光加工中的应用需求,对较低数值孔径下(NA=0.6)超长三维平顶聚焦光场的产生与调控进行了研究。基于矢量场衍射聚焦理论和偶极子场的反演方法,获得了超过10λ的长焦深三维平顶光场及相应光瞳面上的光场分布,光瞳面光场的结构可以为三环带式复振幅光瞳滤波器的提供设计参数。超长的三维平顶聚焦场可以提高加工效率与质量,对于激光材料加工和处理有一定的指导意义。2、在第四章中,搭建了矢量光场生成和调控系统,研究了调控的矢量激光在钛合金、硅片上进行烧蚀加工的具体过程。实验通过单因子变量法分别研究了脉冲能量、脉冲次数、光束的偏振态和拓扑荷对小孔质量的影响规律,通过对实验样品进行扫描电镜(SEM)的显微分析,得出了相应的结论。实验结果表明,激光脉冲次数和脉冲能量对孔深和孔径的影响较大;径向偏振光和角向偏振光的加工效果比线偏振光要好,其中径向偏振光加工的小孔底部要比角向偏振光更平滑;光束拓扑荷数越大,加工出的小孔底部越光滑,孔周的碎片越少。实验研究结果对矢量光场在表面加工中的应用有一定参考价值。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张云芝

导师: 王吉明

关键词: 偏振,矢量光场,矢量光场调控,激光加工

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 南京航空航天大学

分类号: TN24;O43

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.001127

总页数: 64

文件大小: 4732K

下载量: 103

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