【研究背景】 图1所示高斯光斑、平顶圆光斑和环形光斑作用在材料上的光强与温度场分布示意图，常规高斯光束能量分布不均匀，中心能量强边缘能量弱，使用高斯分布聚焦光斑进行激光焊接时，由于光斑中心部分吸收的激光能量高，材料容易熔化气化蒸发，从而产生飞溅、形成凹陷和空洞等缺陷。平顶光斑作用在材料上时，用于热传导的作用，还是会造成中心与边缘的温度场分布不均匀，焊接熔深呈现月牙分布。控制飞溅、凹陷和空洞等缺陷的关键因素是控制激光束的能量分布，减少中心材料温度和以及焊点中心和边缘的温度差。合理设计的环形光斑，有利于获得相对均匀性的温度场分布和相对均匀的熔深分布，减少飞溅、凹陷和空洞等焊接缺陷，是目前高端激光焊接应用的一个技术发展方向。 图1 不同光斑的光强分布和在材料上的温度场分布 【痛点问题】 现有基于摆动扫描方式和点环形模式可调光纤激光器，在一定程度上解决了激光焊接的飞溅问题，但是存在结构复杂，设备制造成本和维护成本高，而且不太适合高精密或大功率厚板的激光焊接。 【解决方案】 本成果从激光光学聚焦头的设计上，提出了申请专利技术的基于衍射光学元件和折射光学元件的环形光斑或点环产生方法，结构设计灵活方便，可适用于高精密激光焊接、高反射材料加工和高功率厚板激光焊接。 （1）基于衍射光学元件的环形光斑产生方法 为了解决能量分布不均匀以及光束敏感性的问题，本成果通过螺旋相位板产生涡旋光束来获得环形光斑进行焊接。螺旋相位板是一种具有固定折射率的透明板，其一面是平面结构，相对面具有螺旋形状结构，类似于旋转台阶，如图2所示。 图2 螺旋相位板结构 螺旋相位板其厚度随着方位角的变化而变化。高斯分布的激光束从螺旋相位板平面端面入射，光束中心与螺旋相位板中心对齐，出射的光束相位被改变，附加一个螺旋相位因子，能量分布变为环形分布，出射的光束变为涡旋光束，其中l为涡旋光束的拓扑荷数，影响涡旋光束能量较低区域的大小。螺旋相位板的台阶高度通常为微米量级，并且初始光束都是通过扩束系统扩束的，基本没有发散，因此，螺旋相位板对光束光强基本没有衰减，而只是改变光束的相位。利用螺旋相位板产生的涡旋光束解决了能量分布均匀性的问题，同时用螺旋相位板产生的涡旋光束的稳定性好，环形的能量分布特点，不容易受到外界其他因素影响，可以较为稳定地保持光斑均匀性。本成果具体产生涡旋光束的光路图如图3所示。表1给出了不同拓扑数涡旋光束的光场分布。 图3 产生涡旋光束的光路图 表1 不同拓扑数涡旋光束的光场分布 本成果设计加工了产生涡旋光束的衍射光学元件，通过组合获得了不同拓扑数的涡旋光束，图4给出实验生产的涡旋光束，相对其他方法产生的环形光斑，采用涡旋光束方式产生环形光斑的好处是，离开焦面还能保持环状光强分布。除了在激光增材制造有用外，这种光束未来在切割、焊接、打孔等方式都有应用，可以获得更好的温度场分布和更好的激光加工效果。 图4 实验生产的涡旋光束 （2）基于折射光学元件的环形光斑或点环光斑产生方法 图5为基于折射光学元件的环形光斑的产生方法，包括透射式的和全反射式的结构，后面根据不同的焊接温度场分布设计不同组合的环形光斑。 （a）三镜方案 （b）两镜方案 （c）单镜方案 图5 基于折射光学元件的环形光斑的产生方法

依托国家重大仪器专项“高精度光梳成像分析仪应用与工程化开发”（2012-2019年）、国家重点研发计划“超短脉冲激光隐形切割系统及应用” （2018-2022年），在可见和近红外波段实现了高光束质量、高偏振消光比、抗环境干扰的超短脉冲输出。期间，攻克了超短脉冲自稳定锁模技术、低非线性无畸变脉冲放大技术，解决了脉冲锁模器件易受光致损伤这一制约超快激光发展和应用的根本问题，成功实现了锁模光纤种子源光路的永久免维护。项目开发了国内首台第三代半导体晶圆划片激光器，在应用单位进行芯片封测量产，解决了机械划片效率低、易崩边的难题。项目开发的激光光源在THz光谱仪器、光子3D打印、非线性光谱成像、激光精密测量等领域进行示范应用。

首次提出利用高Z涂层的电离效应在激光光压加速过程中动态补充电子，弥补RT不稳定性带来的加速等离子体片的电子损失，从而实现动态致稳RPA。这一全新方案非常皮实，三维粒子模拟显示在目前真实的激光和靶参数条件下，此方案可实现稳定的离子光压加速，并且可以应用于加速高Z重离子源。

本发明公开了一种光纤输出的激光光束质量测量装置和方法， 主要包括一维电动位移台、三维升降台、夹具、聚焦镜片、准直镜片、 光热传感器、红外热像仪、暗室和计算机等。本发明装置为自动化测 量系统，由红外热像仪辅助聚焦调节及电脑可视化控制，操作简便， 结构简单，误差引入因素少，可测光强较高、光束尺寸较大、任意波 长激光的光束质量。相比传统方法中存在的探测器损伤阈值低、动态 范围较小等问题，本发明可以测量更高功率、更大光束尺寸

本发明公开了一种输出空心光束的方法，包括：(1)激光器产生 的实心光束，经整形系统整形为中空的环形泵浦光；(2)该中空的环形 泵浦光，沿光轴入射到耦合系统，该耦合系统将所述环形泵浦光变换 成合适直径大小的空心光束；(3)该空心光束从激光谐振腔的一端面耦 合进入谐振腔，对激光器增益介质进行泵浦，通过相位控制使得所述 谐振腔中的增益介质吸收泵浦光产生连续的空心激光输出。本发明还 公开了一种空心光束输出装置。本发明的装置和

在各种工业过程中，液滴撞击到固体表面形成液膜的现象广泛存在，如选择性催化还原（SCR）系统中汽车尾气排放管上尿素溶液液膜的形成等。对液膜进行定量分析不仅能更好的了解液膜形成和蒸发这个极其复杂的物理过程的本质，也对优化所涉及的各种工业过程具有非常重要的意义。在许多情况下，溶液液膜厚度以及液膜内部的成分浓度是密切相关的，对其机理等的研究中这些参数相互耦合，给模型建立和求解带来困难。传统的测量方法只能实现对单个参数(厚度或浓度)的测量，无法同时测量。本项目基于比尔-朗伯定律建立溶液液膜多参数反演模型。基于不同浓度的溶液在红外区域高精度的吸收光谱，通过对溶液吸收系数与浓度的关系进行优化分析组合两个波数位置，实现对溶液厚度及浓度高精度、高灵敏度的测量。

本发明公开了一种用于增强激光亮度的光学组件及高频脉冲激光光源；光学组件包括用于将多路激光光线合成一束的棱镜组、用于 将合束后的激光转换为片激光的柱面透镜组以及用于将片激光进行多 次反射使得激光亮度增强的反射镜腔。高频脉冲激光光源包括第一激 光器组、第二激光器组、第一组条纹镜、第二组条纹镜、偏振合束原 件、半波片、准直透镜组、导光臂、聚焦透镜、柱面透镜组和反射镜 腔；当所有的激光器同时激发发光，则能使发出的激光亮度急剧增强， 当激光器依次轮流发出激光，则能使发出的激光工作在一个很高的频 率。本发明结构简单，控制简单，多个激光器的合成脉冲使得其具有 激光脉冲输出频率高，亮度大的优点，可应用于高速相机的照明光源。 

本发明公开了一种用于增强激光亮度的光学组件及高频脉冲激光光源；光学组件包括用于将多路激光光线合成一束的棱镜组、用于将合束后的激光转换为片激光的柱面透镜组以及用于将片激光进行多次反射使得激光亮度增强的反射镜腔。高频脉冲激光光源包括第一激光器组、第二激光器组、第一组条纹镜、第二组条纹镜、偏振合束原件、半波片、准直透镜组、导光臂、聚焦透镜、柱面透镜组和反射镜腔；当所有的激光器同时激发发光，则能使发出的激光亮度急剧增强，当激光器依次轮流发出激光，则能使发出的激光工作在一个很高的频率。本发明结构简单，控制简单

本发明公开了一种激光光源的传输腔室内的温控与净化控制系 统，包括：设置在光路传输通道的模块腔体之前的二级调压阀，用于 调节待进入模块腔体的通道中的气体压力；设置在光路传输通道的气 体净化装置和模块腔体之间的毛细管，用于保证光路传输腔室气压与 外界气压有微正压；以及设置在光路传输通道的模块腔体之后的节流 阀，且每个模块腔体之后对应设置一个所述的节流阀，用于调节各模 块腔室与环境大气压的压差。本发明还公开了相应的温控与净化控制 方法。本发明的装置和方法通过控制腔体与外界的压差恒定，同时通 过加热器和热交

本发明公开了一种测量激光光束质量的装置、方法及光路准直 方法，解决了现有激光光束质量测量系统放置激光器后需要花费大量 时间进行手动准直的问题。本发明包括激光器，第一衰减片，第二衰 减片，全反射棱镜，反射镜，图像采集模块，光束传输距离调节模块， 光束传输角度调节模块，数据处理模块。本发明通过光束传输距离调 节模块和数据处理模块测量出不同光束传输距离下的光斑中心位置计 算出光束偏离角度，从而通过光束传输角度调节模块对激光