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1定義

脈沖
就是隔一段相同的時(shí)間發(fā)出的波（電波/光波等等）等機(jī)械形式。
激光脈沖
指的是脈沖工作方式的激光器發(fā)出的一個(gè)光脈沖，簡(jiǎn)單的說(shuō)，好比手電筒的工作一樣，一直合上按鈕就是連續(xù)工作，合上開(kāi)關(guān)立刻又關(guān)掉就是發(fā)出了一個(gè)“光脈沖”。用脈沖方式工作有它的必要性，比如發(fā)送信號(hào)、減少熱的產(chǎn)生等。激光脈沖能做到特別短，譬如“皮秒”級(jí)別，就是說(shuō)脈沖的時(shí)間為皮秒這個(gè)數(shù)量級(jí)——而1皮秒等于一萬(wàn)億分之一秒。 

2發(fā)展歷史

激光的原理早在1916年已被的美國(guó)物理學(xué)家愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)，但直到1960年激光才被成功制造。激光是在有理論準(zhǔn)備和生產(chǎn)實(shí)踐迫切需要的背景下應(yīng)運(yùn)而生的，它一問(wèn)世，就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展，激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和光學(xué)技術(shù)獲得了新生，而且導(dǎo)致整個(gè)一門(mén)新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。激光可使人們有效地利用的*方法和手段，去獲得的效益和成果，從而促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。
激光能夠定向發(fā)光，大量光子集中在一個(gè)極小的空間范圍內(nèi)射出，能量密度自然*。激光器輸出的光，波長(zhǎng)分布范圍非常窄，光的顏色由光的波長(zhǎng)決定，一定的波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一定的顏色，因此激光發(fā)出的光顏色極純。激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大，短時(shí)間里聚集起大量的能量。

3我國(guó)研究現(xiàn)狀

我國(guó)很重視發(fā)展飛秒脈沖技術(shù)，在西安光學(xué)精密機(jī)械研究所和中山大學(xué)分別設(shè)立了國(guó)家重點(diǎn)瞬態(tài)過(guò)程實(shí)驗(yàn)室和超快光譜實(shí)驗(yàn)室，實(shí)施863計(jì)劃，跟蹤國(guó)際飛秒技術(shù)的發(fā)展。北京物理所、長(zhǎng)春物理所、天津大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)等單位也有飛秒光譜和飛秒脈沖激光器的研究。西安光學(xué)精密機(jī)械研究所曾作出過(guò)的鈦152fs寶石鎖模脈沖，上海光學(xué)精密機(jī)械研究所作出過(guò)452fs放大壓縮后的脈沖，上海光學(xué)精密機(jī)械研究所在鈦寶石激光材料和其他固體激光材料方面有*的貢獻(xiàn)。但是總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)的飛秒脈沖激光器的研究仍處在實(shí)驗(yàn)室階段，離實(shí)用化還有很大差距，應(yīng)用方面也沒(méi)有真正開(kāi)展起來(lái)，這顯然與我國(guó)整體工業(yè)基礎(chǔ)和科研水平有關(guān)，飛秒脈沖激光器本身很容易制造，但是它的泵浦源很昂貴，而且要靠進(jìn)口，只少數(shù)大研究所和大學(xué)可以購(gòu)買(mǎi)，這就大大限制了飛秒激光脈沖在我國(guó)的發(fā)展和應(yīng)用，在目前國(guó)家財(cái)力條件下，我國(guó)的飛秒脈沖技術(shù)的研究還只能處于跟蹤國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)的階段，當(dāng)然，也不排除在某個(gè)領(lǐng)域有或突破的可能。我國(guó)的激光器市場(chǎng)有限，但是福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)所發(fā)明的激光頻率變換用的BBO、LBO等晶體在國(guó)際上聲譽(yù)鵲起，市場(chǎng)上。這說(shuō)明，我們的飛秒脈沖研究不應(yīng)局限于國(guó)內(nèi)目前的應(yīng)用水平而停留在跟蹤國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)的階段，只要有的技術(shù)，照樣可以參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。
我們相信，隨著超短脈沖激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展以及具有高可靠性的商用飛秒激光器的進(jìn)一步完善，飛秒激光一定會(huì)在更多領(lǐng)域獲得更為廣泛的應(yīng)用。我國(guó)的飛秒激光脈沖技術(shù)也定將走到世界的前列，使得飛秒脈沖技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。

4工作方式

連續(xù)激光

激光泵浦源持續(xù)提供能量，長(zhǎng)時(shí)間地產(chǎn)生激光輸出，從而得到連續(xù)激光。連續(xù)激光的輸出功率一般都比較低，適合于要求激光連續(xù)工作（如激光通信、激光手術(shù)等）的場(chǎng)合。

脈沖激光

脈沖工作方式是指每間隔一定時(shí)間才工作一次的方式。
脈沖激光器具有較大輸出功率，適合于激光打標(biāo)、切割、測(cè)距等。
常見(jiàn)的脈沖激光器：固體激光器中的釔鋁石榴石（YAG）激光器、紅寶石激光器、藍(lán)寶石激光器、釹玻璃激光器等。 還有氮分子激光器、*等。

巨脈沖激光

在腔內(nèi)人為的加入損耗，使其大于工作物質(zhì)的增益，這時(shí)沒(méi)有激光輸出。但在泵浦源持續(xù)不斷的激勵(lì)下，激光上能級(jí)的原子數(shù)越來(lái)越多，得到了較大的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。如果定義峰值功率為脈沖的能量除以脈沖的持續(xù)時(shí)間（脈寬），那么，在撤除人為加入的損耗情況下，就會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)以極快的速度產(chǎn)生脈沖寬度窄、峰值功率高的脈沖激光，通常稱(chēng)為巨脈沖。 

5工作過(guò)程

耦合

對(duì)激光束來(lái)說(shuō)，金屬和合金不是透明的，打在金屬表面的光子不是被吸收就是被反射。在室溫情況下，大多數(shù)的金屬和合金對(duì)激光束具有很高的反射性。因此大部分一開(kāi)始擊中焊縫區(qū)域的光子從工件表面被反射回來(lái)。少數(shù)被吸收的光子的能量轉(zhuǎn)化為熱量，提高了金屬表面的局部溫度。隨著溫度的升高，焊縫表面光子吸收率增加，隨后更多的光子被吸收。吸收率隨著溫度的提升引起了一連串反應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)幾乎所有照射到焊縫表面的光子都被吸收，使得焊接區(qū)域達(dá)到熔點(diǎn)。這種從開(kāi)始室溫下光子反射到熔融狀態(tài)大量光子被吸收的轉(zhuǎn)變過(guò)程稱(chēng)之為耦合。

熔合

耦合過(guò)程一旦形成，脈沖焊的下一個(gè)階段就是建立焊縫熔合區(qū)。如果功率密度較低，光子僅會(huì)被表面吸收，產(chǎn)生的熱量通過(guò)傳導(dǎo)進(jìn)入金屬內(nèi)部，這種焊接稱(chēng)之為熱傳導(dǎo)焊。熔合區(qū)的金屬一旦熔化，一些熱量就會(huì)通過(guò)對(duì)流的方式傳遞到金屬內(nèi)部，通過(guò)這樣的方式形成的焊縫熔合區(qū)較淺呈碗狀。
功率密度較高時(shí)，由于高壓等離子體，熔融金屬被挖開(kāi)形成匙孔。匙孔的形成允許激光束進(jìn)入金屬的深度更深。此時(shí)光子是在金屬表面以下吸收，并具有多重反射機(jī)會(huì)，從而進(jìn)一步增加有效吸收。深熔焊時(shí)，焊縫熔深呈錐形，并具有更大的深寬比。脈沖焊時(shí)，在焊接脈沖在每一個(gè)脈沖結(jié)束關(guān)閉的時(shí)候，匙孔就會(huì)開(kāi)啟。焊接結(jié)束時(shí)，熔融金屬冷卻凝固，導(dǎo)致在匙孔根部高壓等離子體殘留，引起小孔。
在脈沖焊的第二階段，控制焊接溫度非常重要，在確保能量供應(yīng)的同時(shí)，又要避免焊縫過(guò)熱。加熱速度過(guò)快，焊縫金屬會(huì)被拋出熔合區(qū)，形成飛濺。焊接溫度的控制對(duì)高熔點(diǎn)合金，例如不銹鋼，來(lái)說(shuō)是非常簡(jiǎn)單的，因?yàn)楦呷埸c(diǎn)合金對(duì)YAG激光光子的吸收很強(qiáng)。鋁合金由于其反射率高，熔點(diǎn)低，熔化溫度區(qū)間窄，要控制溫度又避免過(guò)熱就比較困難。由于典型的脈沖激光焊持續(xù)時(shí)間短，為1-10ms范圍內(nèi)，直接測(cè)量焊接溫度比較困難，因此不得不基于焊接效果對(duì)焊接溫度進(jìn)行評(píng)估。

冷卻

在第二階段形成的熔融金屬被大量固態(tài)金屬包圍，如果在焊縫熔合區(qū)形成后突然停止發(fā)射激光脈沖，焊縫將會(huì)迅速冷卻。實(shí)際上，激光脈沖點(diǎn)焊是幾種冷卻速率快的焊接方法之一，僅次于電阻點(diǎn)焊。這么快的冷卻速率會(huì)導(dǎo)致很多問(wèn)題，包括殘留氣孔，殘余應(yīng)力高，裂紋以及焊縫金屬硬度過(guò)高。其中一些問(wèn)題可以通過(guò)降低冷卻速率來(lái)減少。