技术优势: 1）输出功率：>200瓦连续波输出； 2）输出波长：在1900 nm -2050 nm范围内，波长任选； 3）中心波长定位误差：±0.5 nm； 4）波长线宽：小于0.05nm； 5）波长精细调谐范围：±0.5 nm；（高精度） 技术能力： 1）能够提供1-200瓦全光纤2μm光纤激光器的可靠技术解决方案； 2）能够提供50-200瓦2μm光纤激光器的技术解决方案； 3）能够提供1-200瓦窄线宽、可调谐连续波2μm光纤激光器的技术解决方案； 4）能够提供1-20瓦2μm波长的纳米/皮秒高能脉冲激光器的可靠解决方案。 主要应用领域： 1）工业加工领域 由于许多透明有机材料在2 μm 附近有较强的吸收，直接利用激光对其进行切割、熔接和雕刻处理可以避免使用有毒添加剂，这在医疗器械制造领域具有独特的优势，也简化了加工工艺。    2）医疗应用领域 由于人体组织中的水对2 μm激光有很强的吸收，激光的渗透深度小，手术创口区的破坏小；另外，2 μm波长激光器的特殊凝结作用，可以减少手术时的流血。大量实验研究表明，2 μm高功率掺铥光纤激光器是软/硬组织外科手术的优良候选光源，可以广泛应用于高精确的组织切除手术、眼科手术和牙科手术。    3）军事应用领域 2 μm波长位于损耗较低的“大气窗口”，在大气中的传输能力远高于短波长激光；同时也位于人眼安全波长范围，使其在对人眼安全要求较高的自由空间光通信领域极具应用潜力，也是激光雷达等精密空间探测装置的理想光源，更符合军方的需求；此外，2 μm激光通过光学非线性转换可以产生3~5 μm的中远红外激光，而后者是光电对抗中最重要的大气窗口，在军事战略上具有重要意义。

成果简介：具有车、铣、车铣、钻、镗、绞、螺纹等多种加工功能，适合加工各种材料如钢件、铝及铜质零部件和各种复杂三维结构件。带有自主开发的国际市场上最高转速、最小刀具适配器的自动换刀电主轴，可配备32把刀具的国际上最小的刀库；可实现精密微小型复杂结构件一次装夹完成全部或大部分工序的完整性加工。机床行程：X向320mm；Y向60mm；Z向270mm；车削主轴转速：0-8000rpm，铣削主轴转速：0-60000rpm，加工精度IT6级；车铣最低粗糙度Ra为0.3m；重复定位精度：X，Y，Z轴±2m，B

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 钢轨短波几何精密测量技术，是针对钢轨短波几何不平顺，特别是钢轨波浪形磨耗(简称波磨)的一种测量技术，用于钢轨5mm-3000mm的钢轨短波不平顺测量设备，测量精度可达2um。该技术核心为“一弦N点弦测法”专利技术，并已经产品化为“MCR钢轨短波不平顺精密测量仪”。不同于国外波磨仪产品的技术路线，该技术核心为一弦N点弦测法，适应于非接触式快速测量，具有抗振动干扰、自标定、自平衡等特点，使得测量设备可以轻量化，可以用于高速测量场景，极大提升了设备的便捷性。目前，国内应用的波磨测量设备均依赖于国外进口，价格昂贵。该技术的产品化打破国外产品的垄断地位，为我国铁路市场的波磨病害治理提供具有自主知识产权的钢轨精密测量设备。基于上述专利已完成钢轨短波不平顺精密测量仪的研制，钢轨短波不平顺精密测量仪弥补了我国短波不平顺测量设备的空白，测量精度、测量效率、稳定性、重复性、环境适应性已超出进口同类型产品性能。目前已经在我单位多条地铁线路进行应用，实际应用情况证明，该测量仪能科学高效完成线路钢轨表面短波不平顺测量，特别是对轨道三大薄弱环节(曲线，焊接头，道岔)的快速测量，节约养护维修的人力物力，且创造了显著的社会经效益。

几年，随着消费电子（手机、智能手表等）、生物医疗需求的快速发展，尤其是代表下一代柔性移动显示屏OLED的巨大应用市场驱动下，超快激光精密微加工产业在世界范围内迅速增长。与传统的纳秒长脉冲相比，脉宽小于15皮秒的超快激光器用于材料加工时，由于脉冲的持续时间短于材料的热弛豫时间，在加工过程中避免热效应，基本不带来附加损伤和毛刺，适合于微米乃至纳米精度的超精细冷加工。超快激光的瞬间功率极大，几乎可以和任何材料相互作用，因此适用于超快激光加工的材料范围几乎不受限制，尤其有优势的加工对象包括玻璃、蓝宝石、陶瓷、太阳能薄膜、半导体晶圆、特种合金、精密医疗器件等。

【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

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。

本发明公布了一种正交车铣宽行加工方法，包括：（1）分别初始化刀触轨迹序号和其 u 向坐标；（2）获得刀触轨迹；（3）将刀触轨迹离散成为多个采样点，计算其优化加工行宽，并确定在此行宽下各个采样点对应的偏心距取值，并构建两者的函数关系；（4）将刀触轨迹离散成为多个刀触点，获得各刀触点对应的偏心距，进而获得刀触轨迹对应的加工轨迹；（5）根据该刀触轨迹和对应于该条刀触轨迹的优化加工行宽，确定下条刀触轨迹；（6）重复步骤（2）-（5）即可获得下条刀位轨迹和下一条刀触轨迹，循环执行直至产生的刀位轨迹遍历整张曲面。本发明通过对加工过程中偏心距的优化选择，增大了切削行宽，实现了加工轨迹衔接处残留高度的均匀分布。

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