飞秒激光加工平台.

1、 项目汇报毕业设计题目：飞秒激光深孔加工理论与 系统设计汇 报 人： 王继刚1234课题的研究背景及其目的意义飞秒激光加工系统及优点双温方程、有限元法飞秒激光深孔加工平台设计 汇报内容汇报内容1课题的研究背景 深孔加工，特别是微小深孔的加工是现代机械加工领域研究的重要内容，不论从装备品的发展还是深孔加工技术的现有水平来看，深孔加工技术都尚处于新兴发展阶段。 1960年美国物理学家Theodore Maiman 研制出了世界上第一束人造激光，自此激光技术得到了迅速发展，激光加工技术了得到了广泛的发展。1995年以来飞秒激光作为一种新兴激光开始应用于材料加工，飞秒激光打孔技术也逐渐开始发展，但是当

2、前飞秒激光打孔技术还没有应用于深孔加工，因此，利用飞秒激光进行深孔加工具有很大的研究价值和意义。 本设计对一维双温方程进行合理约化，采用有限元法，通过数值模拟分析对材料表面烧蚀温度场进行一维数值模拟，在此基础上研究了飞秒激光深孔加工的理论，并将2自由度微定位平台应用到飞秒激光加工系统中，设计出一种全新的飞秒激光深孔加工系统课题的研究目的：1分色镜分色镜驱动驱动器器计计算机算机飞飞秒激光器秒激光器聚焦物镜聚焦物镜X-Y-Z 工作台工作台Lamp检测检测器器线偏振线偏振滤光滤光镜镜光闸控制光闸控制光束光束整形控制整形控制衰减片衰减片CCD显微镜显微镜 四分之一波片四分之一波片2飞秒激光加工系统 1

3、飞秒激光加工的材料组织中没有熔融区,没有重铸层,不会产生微裂纹。这是飞秒加工的独特之处。避免了热熔化的存在,实现了相对意义上的“冷”加工,大大减弱和消除了传统加工中热效应带来的诸多负面影响。2飞秒激光加工精度高,不受光衍射极限的限制,具有相当高的空间分辨性。3飞秒激光加工对材料没有限制性,可以对任何材料进行精细加工、修复和处理。4飞秒激光加工需要的脉冲能量阀值非常低,一般只有毫焦耳量级,这就决定了加工能量的低耗性。5加工过程不产生导致结构损坏的冲击波,不损坏临界的结构组织。2飞秒激光加工的优点3双温方程()( , )()eeeeiiieiCTkTg TTS x ttxxCTg TTt一维双温方

4、程： 其中，S(x,t)代表源项：S(x,t)I(t)Aexp(-x)；x 代表光传输方向，与材料表面相垂直， A1R 与代表材料表面穿透率与吸收系数； I(t)代表光强 代表电子和晶格的比热 为电子和晶格的温度eCiCeTiT有限元法 基本思想：基本思想：把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解3有限差分法与有限元法的区别 有限差分法：直观、理论成熟、精度可选。缺点在于对不规则区域处理繁琐，并且对区域的连续性等要求

5、较严格。 有限元法：适于处理复杂区域，精度可选。缺点在于内存和计算量巨大。 本论文选取有限元法对双温方程进行约化 采用有限元法约化后的双温方程：1122eiA TbATb【注】这里 是矩阵不是电子和晶格的温度， A为三对角矩阵，b 为一阶矩阵eTeTiTiTiTeT4飞秒激光加工系统设计飞秒激光加工系统主要包括飞秒激光器、导光系统、加工平台（含微动平台）、控制系统及检测系统。飞秒激光加工平台总体设计飞秒激光加工平台总体设计主要组成部分主要组成部分飞秒激光器系统飞秒激光器系统系统集成了飞秒种源、二极管直接泵浦、放大器、电源控制系统、制系统集成了飞秒种源、二极管直接泵浦、放大器、电源控制系统、制冷等。重要参数：冷等。重要参数：中心波长：中心波长：103010nm；重复频率：重复频率：1-500KHz，可调；，可调；脉冲宽度：脉冲宽度：300fs；最大脉冲能量最大脉冲能量:30J100kHz；平均功率：平均功率：3W；能量稳定性：能量稳定性：1.0% RMS（8小时）；小时）；光斑：光斑：3-4mm 1/e