高密度激光束空间强度分布变换研究

激光器直接输出的激光束具有固有的传输特性,一般在光束任意横截面上表现为具有高斯或者超高斯强度分布的圆形光斑,难以满足激光先进制造过程中对激光束空间强度分布多样化的需求,本实验室利用二元光学技术,实现了高强激光束的空间强度特定分布变换,从而满足激光相变强化、激光热负荷等不同应用的需求,为特定激光先进制造技术提供了具有特定空间强度分布的激光束,从而提高激光先进制造过程的加工效率和制造效果,具有重要应用值。

激光束二元光学空间变换示意图

同时,以激光先进制造过程的需求为背景,对二元光学元件的设计和制造提出新的要求,从而进一步完善二元光学理论,本实验室以激光表面硬化的需求为背景,研制了具有比例强度分布的准达曼光栅,提高了激光表面硬化后硬化层几何均匀度,等到了周期性硬度分布,提高了材料的耐磨性。研制了多台阶二元光学元件,应用于发动机零部件的激光热负荷过程,模拟了活塞和气缸盖在实际工况中的受热过程。

二元光学变换后不同激光束空间强度分布

利用二元光学方法可以将激光器直接输出的高密度激光束变换为等强度点阵分布、成比例强度点阵分布,任意强度分布的条带点阵、等强度分布的多圆环光束、任意强度分布的多圆环光束甚至任意强度分布任意形状光束,本实验室致力于研究用于激光先进制造过程二元光学元件的设计和制作,着重于解决应用需求与二元光学理论之间涉及到的关键科学问题。

二元光学元件用于发动机活塞和汽缸盖激光热负荷实验得到特定温度场分布