【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

本发明公开了一种激光加工设备的光纤承载支架，其是由相互平行的横梁和光纤承载支座、以及横跨在两者的左右立柱共同构成的框架结构，其中横梁用于提供激光头执行左右移动的轨道；光纤承载支座上设置有挂钩组件，该挂钩组件由多个间隔分布的挂钩一体构成并可沿着承载支座左右滑动，光纤从光纤激光器引出并依次呈环形地缠绕经过这些挂钩，其末端连接至激光头；此外光纤承载支座和左右立柱上分别设置有滑轮，两根缆线分别绕过沿着顺时针和逆时针方向绕过三个滑轮并各自连接在激光头和挂钩组件的左右两侧，由此提供激光头与光纤之间的同步移动。通

高性能的相干光源是基础光物理研究和集成光子学应用的关键前提之一。近年来，具有超高品质因子的回音壁模式光学微腔已经成为研究各种新型高效光源的重要平台，实验上已经获得了包括宇称-时间反演对称激光、轨道角动量激光和微腔光学频率梳等。然而，回音壁微腔模式存在的固有手征对称性导致腔中激光场通常是等强度相向传输的，严重阻碍了诸多光子学器件应用的发展，例如单向光发射、全光寄存器和非互易光传输等。迄今，要获得具有单向性的回音壁微腔手征激光，通常需要直接打破光学谐振腔的几何手征对称性。这种方法得到的激光方向性是固定的，难以动态调控其出射性质，且对谐振腔的形状设计和工艺制备要求较高。

采用激光切割技术，完成厚度范围为百微米至十余毫米的多种高硬脆非金属材料（金属/ 非金属等硬脆性难加工材料）的直线、曲线、角型等自由路径的切割、打孔等。其技术创新点在于：（1）可实现   多种厚度、多种材料的切割，且材料规格不局限于板材，管材与弧面材料亦可进行加工。（2）可以直接   实现材料自由路径切割，而不局限于直线路经。（3）切割质量高，对于厚度较薄的材料可以保证较高的   切面粗糙度，对于较厚的材料可以保证切割后切割路径边缘无裂纹产生。（4）具有提供特殊硬脆性材料   精细加工研发工艺方案和设备系统开发的能力。

本发明公开了一种基于声压力的自动化微加工装置。包括功率放大器、高速摄像机、图像采集卡、工控机和加工模块，加工模块包括驱动座、换能器、搁物台和用于与换能器配合实现加工的微刀，微刀通过微镊放置于搁物台上，驱动座中心盲孔的内边缘沿圆周一圈间隔均布装有换能器，换能器均向驱动座中心倾斜安装，驱动座中心放置有用于放置加工工件的搁物台；微刀依次载入每一个离散点的位置运动，实现在水平方向及纵向进给方向的运动，完成加工。本发明的装置具有加工精度高、结构简单、易操作、易实现自动化个性微加工等优势。

主要应用领域： (1)工业加工    激光对材料的加工效率取决于多种因素，其中主要包括激光的光束质量、功率和波长。光纤激光器由于优异的光束质量，同等激光功率水平下，其加工效率要远高于灯泵或者半导体激光器（LD）泵浦的固体激光器；大部分有机材料对1.5μm激光的吸收要强于传统的1μm激光，使用1.5μm激光加工材料可以显著降低能耗，提高加工效率。1.5μm连续和脉冲激光器适用于大部分有机材料的切割、焊接、钻孔、打标、刻槽等单点加工方式。 (2)遥感技术领域 1.5μm激光波长红外遥感技术在军事侦察，探测火山、地热、地下水、土壤温度，查明地质构造和污染监测方面都有广泛的应用。例如在军工方面，激光雷达的作用是能精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。 (3)自由空间通讯领域    在自由空间通讯FSO（Free Space optical communication）领域的应用也迅速增长，1.5x μm激光波长具有高带宽、部署迅速、费用合理等优势。FSO技术以激光为载体，用点对点或点对多点方式实现连接；不需要光纤而是以空气为介质，因此又有“无线光纤”之称。在2000年悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用FSO设备向客户提供100Mbit/s的数据连接。1.5μm波长尤为适用于海面目标、地面与卫星之间、公司或军队临时驻扎时使用。 (4)军工领域1.5x μm激光源也是产生3~5μm中红外激光的重要光源基础。3~5μm波长的中红外波段同样也是重要的大气窗口，是军用红外探测器的主要工作区域。红外制导导弹探测器(如InSb ,HgCdTe 等) 的响应范围在3～5μm波段，因而针对红外导引头的光电对抗迫切需要该波段的激光器件。在军事上，中红外激光器主要用于光电对抗以及生化战剂的探测，用中红外波段的多束激光，可以干扰红外热寻的导弹，摧毁在不同距离和高度的目标

本发明公开了一种激光在线测量加工检测方法及装置，将激光 测量、加工和检测集于一体，可实现激光加工前在线测量待加工工件 的平面或曲面几何尺寸形貌，获得真实平面或空间结构尺寸和特征， 消除待加工工件因在前期加工处理流程中产生的变形或时效变形所引 起与理论数模之间的误差，提高了激光加工精度和质量。装置包括依 次位于同一光路上的加工激光器、光路系统和激光加工头；还包括激 光测距系统，计算机控制系统，移动组件和工作台；激光测距

具有高科技含量的激光精细、精密加工技术是激光行业的科技发展目标之一。然而，目前在激光精细、精密加工业中仍沿用准分子激光器作紫外光源。准分子激光器输出的光束大而方，聚焦后光束质量差；其设备庞大、成本高；最大缺点是使用有毒气体作工作介质，不利于安全和环保。目前国内外都致力于用四倍频方法研制紧凑型深紫外固体激光器，把这种紫外光源安装到激光设备上，就可以方便地进行激光精密加工和标识。 例如，在对金、银等金属进行激光焊接时，由于其对1μm以上光束反射率极高，一般在98%以上，所以，目前市场上的

短脉冲加工-材料的柔性加工 脉宽是激光微加工的一个重要参数。LPKF ProtoLaser R4配备皮秒激光器，可用于柔性基材的精密成型以及淬火或烧结基材的切割。 激光应用在创新材料上的无限可能 LPKF ProtoLaser R4 精密皮秒激光用于创新应用 无损加工热敏材料 智能CAM软件操作简单 一级激光安全等级随开即用 冷激光消融无热效应 在激光加工工艺中，激光的脉宽越短，对材料的热影响就越低，因此，皮秒激光克服了材料加工中这个重要的技术问题，加工中几乎没有热传递，并且材料加工的效率更高。 微材料加工专家 热效应对于温度敏感材料的切割以及表面加工都有着不良影响，而皮秒激光能在超短脉宽内提供超高的能量，在热效应作用之前就可以将材料加工完成，如Al2O3陶瓷材料或GaN半导体材料，皮秒激光在加工过程中完全不会让材料变色。因为几乎无热效应产生，材料无微裂隙。 完美加工表面 针对柔性材料的表面图形成型，如透明薄膜的消融或塑料薄膜上金属层的去除，很低的能量即可完成加工，所以要求激光器能够稳定输出低能量， LPKF ProtoLaser R4 可以很轻松地解决这些需求，由于它的功率输出范围精确可控，因此也可加工HF材料和硬板FR4板材等。 易操作 LPKF CircuitPro界面友好，集成CCD靶标识别系统，能够完成高精度的加工，用户在实验室环境下即可短时间内完成各种材料的加工，尤其是热敏感材料。