Effect of neodymium on mechanical behavior of Mg-Zn-Zr magnesium alloy

Effect of neodymium on mechanical behavior of Mg-Zn-Zr magnesium alloy
Effect of neodymium on mechanical behavior of Mg-Zn-Zr magnesium alloy

J O U R N A L O F M A T E R I A L S S C I E N C E L E T T E R S22,2003,445–447

Effect of neodymium on mechanical behavior of Mg-Zn-Zr magnesium alloy

WEI WU,YUE WANG,XIA ZENG,LIJIA CHEN,ZHENG LIU

School of Material Science and Engineering,Shenyang University of Technology,Shenyang110023, People’s Republic of China

Magnesium alloys are attractive for many structural ap-plications in automobile and aeroplane industries as a result of their high isotropic modulus and strength-to-weight ratio in both the cast and wrought forms. It has been documented that some alloying additions can in?uence the microstructure and performance of magnesium-based alloys.For example,the addition of Mn can lead to a signi?cant improvement in corrosion resistance[1].The magnesium alloy containing Zn can be grain re?ned effectively by Zr,which is rendered ineffectively by the presence of Al and Mn[2].In ad-dition,it has been well known that rare-earth additions such as Ce Nd,Pr to Mg can improve the creep perfor-mance[3,4].

In this paper,neodymium,as an additional alloy-ing element,was added to one commercial Mg-Zn-Zr alloy,namely ZK40magnesium-based alloy.The ten-sile properties of the Mg-Zn-Zr alloy with and with-out an addition of3%Nd at different temperatures is reported.The effect of neodymium on mechanical be-havior of the magnesium alloy was investigated.

The Mg-Zn-Zr alloys with and without an addition of3%Nd used in this investigation was produced by induction melting in magnesia crucibles under an argon atmosphere and cast into round bars.Pure neodymium power was added to the molten magnesium alloy im-mediately prior to pouring.The nominal chemical com-position of the unmodi?ed Mg-Zn-Zr alloy in weight percent is as follows:Zn4.0,Zr0.7,Si0.2,Ni0.01, Cu0.03,and the balance magnesium.The tensile spec-imens were machined from the as-cast bars,and had a gage length of25mm and a gage diameter of5mm.The displacement-controlled tensile tests were performed from room temperature to180?C and at a constant ini-tial strain rate of3×10?31/s in laboratory air.

Fig.1illustrates the0.2%offset yield strength at dif-ferent temperatures for the Mg-Zn-Zr alloys with and without Nd.It is obvious that for the alloy contain-ing Nd,there is almost no difference in yield strength at room temperature and120?C,while increasing tem-perature from120?C to180?C leads to a signi?cant de-crease in the yield strength.For the unmodi?ed ZK60 alloy,however,its yield strength shows a continuous decrease with increasing test temperature.Moreover,it can be seen that at all temperatures used in this investi-gation,an addition of3%Nd can signi?cantly enhance the yield strength of the alloy.Especially at the higher temperatures,this increase in yield strength will be-come more considerable.

The variations in the ultimate tensile strength as a function of test temperature are shown in Fig.2for the Mg-Zn-Zr alloys with and without Nd.The alloy con-taining3%Nd exhibits a different varying tendency in ultimate tensile strength with test temperature,com-pared with the unmodi?ed Mg-Zn-Zr alloy.Again,

the Figure1Yield strength as a function of temperature for the alloys with and without

Nd.

Figure2Ultimate tensile strength as a function of temperature for the alloys with and without Nd.

0261–8028C 2003Kluwer Academic Publishers445

Figure 3Fracture elongation versus temperature for the alloys with and without Nd.

ultimate tensile strength of the ZK60magnesium alloy shows a continuous decrease with temperature.In all of the tension tests performed at three temperatures,the alloy containing 3%Nd shows the highest ultimate tensile strength at 120?C.In addition,it can be noted that at room temperature,the ultimate tensile strength of the Mg-Zn-Zr alloy decrease as a result of the addi-tion of Nd.In contrast,at two higher temperatures of 120?C and 180?C,the alloy with an addition of 3%Nd can give the higher ultimate tensile strength than the alloy without Nd.The above-mentioned fact suggests that the addition of 3%Nd to the Mg-Zn-Zr alloy can effectively enhance its ultimate tensile strength at the higher temperatures.

The fracture elongation of the Mg-Zn-Zr alloys with and without the addition of Nd at different temperatures is presented in Fig.3.The variation in the elongation to failure is observed to be similar for the two alloys,that is,the elongation increases with an increase in test temperature.Unexpectedly,the alloy containing Nd shows lower elongation than the unmodi ?ed alloy.Grain size of the as-cast Mg-Zn-Zr alloys was deter-mined using optical metallography.It was found that the average grain size of the alloys with and without Nd were about 0.25mm and 0.55mm,

respectively.

Figure 4Fractographs of the tested specimens at room temperature:(a)unmodi ?ed ZK40alloy and (b)ZK40alloy containing 3%Nd.

It means that adding Nd of 3%can re ?ne the grains of the Mg-Zn-Zr alloy.The grain-re ?ned effect due to the addition of 3%Nd can partly contribute to the im-provement in the yield strength of the alloy containing https://www.360docs.net/doc/ed18484796.html,ing a standard Hall-Petch equation [5],the in-?uence of the grain size on the yield strength can be expressed as σGS =k /d 1/2,in which σGS is the in-crease in yield strength due to grain re ?nement,K is a constant and d is the grain size.It is obvious that the material with the ?ner grains will give the higher yield strength.It should be pointed out that the neodymium solid-dissolving in the α-Mg matrix phase also plays a role of strengthening,and can contribute to the higher yield strength shown by the Mg-Zn-Zr alloy containing Nd at room temperature.

It has been documented that in the rare earth con-taining magnesium alloys,some Mg-RE intermetallic compounds can precipitate during heat treatment [6].Thus,for the Nd containing Mg-Zn-Zr alloy used in this investigation,it may be expected that the Mg 12Nd particles can precipitate on grain boundaries and dislo-cations inside grains due to dynamic strain aging dur-ing deformation at the higher temperatures.Actually,it has been identi ?ed by X-ray diffraction analysis that the precipitates of Mg 12Nd is present in the specimens tested at 120?C and 180?C.It may be thought that those precipitates inside the grains can serve as barriers to dislocation motion to hinder the movement of existing dislocations,and subsequently,enhance the production of additional dislocations to accommodate the applied strain.The intergranular precipitation of Mg 12Nd can pin the grain boundaries and restrict the growth process of the grains.Thus,the high strength of the neodymium-containing alloy may be attributed to the dislocation-precipitate interaction and the ?ner grain size during deformation at the higher temperatures.

Fracture surfaces in the Mg-Zn-Zr alloys with and without an addition of 3%Nd tensile tested at different temperatures.Fig.4shows the fractographs of the spec-imens tested at room temperature for the two alloys.It can be seen from Fig.1that the fracture surfaces of the two alloys are characterized by brittle fracture.More-over,a small amount of dimples can be found on the fracture surface of the unmodi ?ed ZK40alloy,while some cleavage feature can be observed.It implies that the addition of Nd will increase the brittleness of the

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Figure5Fractograph of the ZK40alloy containing3%Nd at120?C. unmodi?ed alloy at room temperature.This observa-tion is consistent with fact that the Nd containing alloy exhibits the lower fracture elongation at room temper-ature.At120?C and above,however,only dimples can be seen on the fracture surfaces of the Nd containing alloy,as shown in Fig.5.The same failure feature is also observed on the fracture surfaces of the unmodi-?ed ZK40alloy tested at120?C and180?C.It means that the two alloys show the ductile fracture at the tem-peratures of120?C and above.

References

1.W.L A C O M B,K.S P I R A D E K,P.K U T L E S A and G.F E T T A,

in“Advanced Al and Mg Alloys,”edited by T.Khan and G.Effenberg (ASM International,Ohio,1990)p.815.

2.K.B U E H L E R,Mater.Manufac.Proc.4(1989)60

3.

3.M.O.P E K G U L E R Y U Z and E.B A R I L,Metall.Mater.Trans.

42A(2001)1258.

4.B.S M O L A,I.S T U L I K O V A,F.B U C H and B.L.M O R D I K E,

Mater.Sci.Eng.A324(2002)113.

5.N.J.P E T C H,J.Iron Steel Inst.174(1953)25.

6.J.F.N I E and B.C.M U D D L E,Acta Mater.48(2000)1691. Received25September

and accepted21November2002

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GDPH-270激光放大器使用说明 一、调整放大器设定值 放大器是检测PVC两板之间泡沿距离大小的一种传感器。如果设置不好,放大器将找不到两版之间的最大值,会导致冲裁初始化失败,也会导致冲裁步进的不准确,从而影响照相检测功能。一般情况下,只需要调整放大器设定值就可以满足要求,调整放大器设定值的方法如下。 设定放大器的数值可以通过手动把PVC片子慢慢的通过冲裁导板的检测区域观察放大器的数值变化,记住放大器数值的最大值,然后用最大值减去200-400就是我们需要设定的数值,然后把这个数值输入到放大器中就可以了。把数值输入到放大器的方法是:直接按住放大器的左右键入下图1-25所示。 图1-25 放大器设置 图中区域1为黄色数值是需要设置的数值,就是需要人为输入进去的数值。 区域2红色数字是所检测到的实际数值,区域3是放大器的左右键,即手动按钮,直接按下即可增大或减小设定数值。 一般情况下只需要调整设定值就可以满足现场要求,如果工艺改变,实际检测精度达不到要求,可以更改放大器的灵敏度,可以对放大器进行复位和初始化等操作,详细方法见本说明第二章。 二、激光传感器设置 -1-

第一章第7步介绍了调整放大器设定值的方法,如果实际检测精度达不到要求,可以更改放大器的灵敏度,2.1节为调整灵敏度方法。2.2节为初始化放大器的方法,如果需要复位,可参照2.3节的步骤。如果需要重设默认值,可以对放大器初始化。2.4节为激光传感器感测头安装要求。 2.1灵敏度设置 放大器灵敏度共分5档,下面再简单介绍一下如何设置放大器灵敏度。 第一步:按住“MODE”键3秒钟以上,如下图所示: 图2-1 灵敏度调整 第二步:按方向键,将出现几种模式,默认为“”模式,可根据所需灵敏度来选择不同的模式。例如,如果要求灵敏度较高,可选择“hsp”模式。 第三步:按“MODE ”键,显示“”,再按“MODE”键,显示“”,再按“MODE”键,出现数字,这样就完成了放大器的灵敏 -2-

激光器的分类 自从上世纪60年代以来,激光器已经发展出了众多类型,主要包括不同的工作介质、不同的脉宽,因此我们按照激光器的工作介质和输出脉冲两个思路对目前主要的激光器进行分类,并且介绍相关的激光术语。 按激光工作介质,激光器可以分为固体激光器、气体激光器、半导体激光器、光纤激光器、染料激光器和自由电子激光器。 固体激光器(晶体,玻璃):在基质材料中掺入激活离子而制成,都是采用光泵浦的方式激励。 1)钕玻璃激光器:在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质, 输出波长:λ=1.053μm 2)红宝石激光器: 输出波长:λ=694.3nm, 输出线宽:?λ=0.01~0.1nm 工作方式:连续,脉冲 3)掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG):YAG晶体内掺进稀土元素钕,

输出波长:λ=1064nm,914nm,1319nm 工作方式:连续,高重复率脉冲 连续波可调谐钛蓝宝石激光器: 输出波长:λ=675~1100nm 气体激光器:在单色性/光束稳定性方面比固体/半导体/液体激光器优越,频率稳定性好,是很好的相干光源,可实现最大功率连续输出,结构简单,造价低,转换效率高。谱线丰富,多达数千种(160nm--4mm)。 工作方式:连续运转(大多数) 1)氦-氖激光器: 常用的为λ=632.8nm 根据选择的工作条件激光器可以输出近红外,红光,黄光,绿光 (λ=3.39μm,1.15μm) 2)CO2激光器:λ=10.6μm 3)氩离子气体激光器:λ=488nm,514.5nm 4)氦-镉激光器:波长为325nm的紫外辐射和441.6nm的蓝光 5)铜蒸汽激光器:波长510.5nm的绿光和578.2nm的黄光 6)氮分子激光器:紫外光,常见波长:337.1nm,357.7nm 半导体激光器:由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的激光器;体积最小,重量最轻,使用寿命长,有效使用时间超过10万小时。工作物质包括GaAS(砷化镓),InAS(砷化铟),Insb(锑化铟),CdS(硫化镉)。 输出波长范围:紫外,可见,红外 DFB半导体激光器,

文章编号:100123806(2003)0120001203新型高功率固体激光阵列式片状放大器3 王成程 於海武 周 海 刘 勇 郑万国 (中国工程物理研究院激光聚变研究中心,绵阳,621900) 摘要:4×2阵列式片状放大器系统是我国正在建造的大型激光驱动器装置的核心组成部分,将直接确定整个装置的能量转换效率和总体结构。放大器系统采用模块化方案设计可以有效提高装置的可维护性,减少运行维护时间,提高运行效率和装置的性价比。报道了一台通光口径为29cm ×29cm 的新型氙灯泵浦钕玻璃激光阵列式片状放大器模块的研制情况,介绍了放大器系统的结构组成,并给出了有关设计参数。 关键词:阵列式片状放大器;氙灯泵浦;磷酸盐激光玻璃 中图分类号:TN24811+2 文献标识码:A A ne w high pow er solid 2state laser multi 2segment 2amplif ier W ang Chengcheng ,Y u Haiw u ,Zhou Hai ,L i u Yong ,Zheng W anguo (Research Center of Laser Fusion ,CAEP ,Mianyang ,621900) Abstract :The 4×2multi 2segment 2amplifier system is the hardcore of the high power solid 2state laser driver which has been built in China ,the energy conversion efficiency and structure of the laser facility have been decided by it.It is availability to adopt the project of module design to improve the maintainability and reduce the maintenance standby time ,it also improves the running efficiency and the ratio between performance and price.In this paper ,the development progress of a new high power solid 2state laser multi 2segment 2amplifier with 29cm 2square each aperture has been reported.The structure and characters of the multi 2segment 2amplifier are introduced here. K ey w ords :multi 2segment 2amplifier ;flash 2lamped pumping ;phosphate laser glass 3国家八六三计划惯性约束聚变领域重点资助项目。 作者简介:王成程,男,1974年3月出生。助研。主要从事高功率固体激光放大器技术研究。 收稿日期:2002203215;收到修改稿日期:2002205208 引 言 在高功率固体激光驱动器30多年的发展历程 中,激光驱动器技术得到了飞速的发展。世界许多国家的著名实验室如美国利弗莫尔实验室、法国里梅尔实验室、日本大阪大学激光工程中心等成功研制了各种规模和水平的高功率激光装置。美国利弗莫尔实验室从70年代开始建造大型高功率固体激光系统,在高功率激光装置的研究方面一直处于世界领先地位,先后建造了Janus (1974年),Argus (1976年),Shiva (1977年),Novette (1983年),Nova (1984年)等固体激光系统。其中,片状放大器是整个驱动器的核心部分,对系统的总体性能有着重要影响,其性能的好坏直接影响装置的输出能量和功率。为了对放大器的物理问题进行深入的研究,美 国利弗莫尔实验室先后建造了SSA ,MSA 21,MSA 22等放大器单元器件,1994年为了全面考核、验证用于国家点火装置(N IF )的关键技术和元器件,又建立了Beamlet 激光装置[1],该系统采用了以阵列式片状放大器(MSA )为主体的多程放大结构,实验证明,这种结构可以有效地提高整个系统的能量转换效率和装置的性能价格比[2,3]。 片状放大器系统是我国正在建造的新一代激光驱动器中最重要的组成部分,将直接决定整个装置的能量转换效率、总体结构布局、运行稳定性、可靠性和造价。为此,以系统总体需求为牵引,笔者已深入开展了片状激光放大器的研制,利用24cm 方口径的3片长单口径片状放大器(SSA ),已经成功开展了新一代激光装置主放大器的原理性研究,并获得了一系列重要的实验结果[4~9],由于SSA 的泵浦腔腔传输效率较低,导致整个系统的储能效率偏低,并且其安装性能和维护性能不能满足新一代大型激光装置高集成度、高性能价格比的需求,因此,开展了4×2×3新型阵列式片状放大器单元的研制工作。通过多口径组合和全模块化设计,使系统具有 第27卷 第1期 2003年2月 激 光 技 术 LASER TECHNOLO GY Vol.27,No.1February ,2003

对几类放大器的认识 在DWDM系统中,特别是超远距离的传输中,由于不可避免的存在光纤信号功率的损失和衰减,所以补偿是必要的。现在常用的放大器有掺铒光纤放大器(EDFA),拉曼放大器(FRA),半导体激光放大器(SOA),光纤参量放大器(OPA)。现就这几类放大器的工作原理和特殊情况做一下说明。 1)掺铒光纤放大器(EDFA) EDFA(Erbiur Doped Fiber Amplifer)是光纤放大器中具有代表性的一种。由于EDFA 工作波长为1550nm,与光纤的低损耗波段一致且其技术已比较成熟,所以得到广泛应用。掺铒光纤是EDFA的核心原件,它以石英光纤作基质材料,并在其纤芯中掺入一定比例的稀土原素铒离子(Er3+)。当一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时,Er3+从低能级被激发到高能级,由于Er3+在高能级上寿命很短,很快以非辐射跃迁形式到较高能级上,并在该能级和低能级间形成粒子数反转分布。由于这两个能级之间的能量差正好等于1550nm光子的能量,所以只能发生1550nm光的受激辐射,也只能放大1550nm的光信号。 EDFA的组成: 工作原理图: 那么,EDFA的输出公路车是如何控制的呢? 一般来说,EDFA的输出功率与输入信号光强度,铒纤的长度以及泵浦光的强度。 在EDFA使用的过程中,一般要控制好EDFA的平坦增益,那么不平坦的增益和平坦增益

有什么区别呢? 平坦的输出增益会使EDFA放大的输出功率得到一个稳定的信号增益。 如何控制增益?增益的控制室有2种选择的,一种是掺金属元素,另外一种是GFF定制,所谓的掺金属元素是值得是掺杂金属铝元素。 有上图可以知道,掺铝的金属元素的EDFA在增益的控制上明显要比不掺铝的EDFA平坦的多。 需要注意的是:EDFA在放大信号的同时也放大了噪声,而噪声主要来自EDFA的自身受激辐射,是主要的噪声源,也是系统OSNR劣化的主要原因。 放大器产生的自发辐射噪声功率为:PASE = -58 + NF + G (dBm) 其中NF为光放大器噪声系数(dB)、G为光放大器的增益(dB)

多段式钕玻璃板条激光放大器小信号增益系数和储能效率的实验研究3 冯国英 吕百达 叶一东 蔡邦维(四川大学激光物理与激光化学研究所,成都610064) 淳于咏梅 隋 展 张小民(中物院核物理与化学研究所,成都610003) 摘 要 用阈值法和行波放大法对我们自行设计、加工的新型多段式钕玻璃板条激光放大器的小信号增益系数和储能效率作了测量,结果表明,放大器储能效率可达3184%,比常 规放大器更高;此外,还具有向高功率、高光束质量发展的潜在优点。 关键词 多段式板条激光放大器 储能效率 阈值测量 行波放大 ABSTRACT By m easuring th resho ld and using traveling w ave amp lificati on,the s m all signal gain coefficien t and sto rage effeciency of a novel m ulti2slab N d:glass laser amp lifier de2 signed and fabricated by us have been deter m ined experi m en tally.It has been show n that a sto rage efficiency of3.84%has been ach ieved in the use of th is amp lifier,w h ich is h igher than that of the conven ti onal amp lifier.Further mo re,the m ulti2slab laser amp lifier has the po ten tial advan tage of p roviding the h igh pow er and good beam quality. KE Y WOR D S m ulti2slab laser amp lifier,sto rage efficiency,m easuring the th resh2 o ld,traveling w ave amp lificati on. 0 引 言 采用“之”字形光路的板条状工作物质较易得到好的泵浦均匀性和热分布,为获得好的光束质量打下了基础。钕玻璃板条可做到表面积较大,有更好的散热性和热负载能力,适合作大功率器件。研制效率高、增益均匀性好、热畸变小的钕玻璃放大器是很有价值的课题。美国劳仑兹—利弗莫尔国家实验室(LLNL)已研制成了输出能量22J、脉冲宽度12n s、重复频率为3H z的钕玻璃板条再生放大器[1];俄罗斯瓦维洛夫光学所也采用堆迭的钕玻璃板条制成了重复频率为2H z、输出能量达100J的放大器组件[2]。目前,国内尚未见多段式钕玻璃板条放大器的研究报告。我们自行设计、加工了多段式钕玻璃板条放大器,并用阈值法和行波放大法测量了小信号增益系数和储能效率,还与“星光 ”激光装置上使用同种材料的棒状放大器的有关实验结果作了比较。 1 实验装置 111 多段式板条激光放大器结构 我们的多段式板条激光放大器模型采用有创新特色的光炉式结构,如图1所示。三根1996年5月H IGH POW ER LA SER AND PA R T I CL E BEAM S M ay,1996 3中国工程物理研究院科学技术基金和国家高技术惯性约束聚变领域资助项目。 1995年6月15日收到原稿,1995年11月30日收到修改稿

高功率激光放大器中的光传输理论X 吕百达 张 彬 (四川大学激光物理与化学研究所,成都,610064) 摘要:总结了对高功率激光在放大器中传输研究工作的某些新进展。从F -N 方程出发,使用 序列脉冲模型以及薄片损耗和增益模型,对高功率激光通过单程和多程放大器问题作了详细研 究,这特别适用于损耗较大情况,并可进一步推广,借助于逐次逼近迭代法处理放大器的逆问题。 关键词:序列脉冲模型 薄片损耗和增益模型 放大器的逆问题 Theory of the high -power laser propagation through amplifiers L Baida,Zhang Bin (Institute of Laser Physics and Chemistr y,Sichuan U niversity ,Chengdu,610064) Abstract:T his paper summarized some recent advances in the propagation of high -power lasers passing throug h amplifiers.Starting from Frantz -N odvik equetion,using pulse -sequence and slab -loss and g ain models,high -power lasers propag ating throug h scingle -and mult-i pass amplifiers have been studied in detail,w hich is suitable,in particular ,for the can of nelativ ely large losses,and can be ext ended to dealing w ith the inverse problem of amplifiers by means of the succersive iferation computing method. Key words:pulse -sequence mo del slab -loss and gain mo del inverse problem of amplifiers 一、引 言 高功率激光在放大系统中的传输是强激光光束变换的一个重要研究对象。实际工作中,通常在一个激光振荡器中输出激光要达到高功率、高光束质量的各种技术指标是很难的。于是,采用将难点分解的方法,在主振荡器输出一个衍射极限、低功率(能量)的种籽光,用放大器(一级或多级)提高光束亮度,将种籽光放大到所需功率(能量),同时保证所要求的光束质量。主振荡器-功率放大(MOPA)系统的典型例是惯性约束聚变(ICF)钕玻璃固体激光驱动器。 激光放大器的主要技术指标有:(1)效率。它等于激励效率和提取效率之积;(2)放大倍率。即放大器输出激光功率(能量)与输入值的比;(3)光束质量。可按实际要求而定,例如输出光束远场发散角(M 2因子,或可聚焦能量),激光脉冲通过放大器后时间和空间波形的变化等。 激光放大器有多种分类法。按激光脉宽与放大介质横向和纵向弛豫时间大小分为连续波、脉冲和超短脉冲放大器。按放大器各级相对排布分为串接和并接放大器。按激光在放大介质中通过的次数分为单程和多程放大器。按光束注入方式分为远场和近场注入式放大器。按光束在放大器中传输时与光轴关系分为共轴和离轴放大器。按光束输出方式分为被动(无开关)和主动(有开关)放大器等等。值得提到的是美国利弗莫尔实验室在Novatt 级装置中使X 本文主要内容在国家高技术强辐射重点实验室学术会上报告。 第21卷 第5期 1997年10月激 光 技 术LASER T ECH NOLOGY Vol.21,No.5October,1997

[9] D.Poleman,R.L.Van Meirhaeghe,B.A.Vermeersch,J. Phys.D:A ppl.Phys.,30(1997),465. [10]X.Ouyang,A.H.K itai,T.Xiao,J.A ppl.Phys.,79 (1996),3229. [11]S.Tanaka et al.,Proc.Soc.Inf.Display,29(1988), 305. [12]J.Mita et al.,SID’91Digest,(1991),290. [13]YUN-Hi Lee et al.,I EEE Transaction on Elect ron De2 vices,44(1997),39.[14] E.S oininen et al.,Proc.of the7th International Work2 shop on Electroluminescence,Beijing,China,(1994),97. [15] B.Huttl,K.O.Velthaus,U.Troppenz,J.Cryst.Grow th, 159(1996),943. [16]T.A.Oberacker,H.W.Schock,J.Cryst.Grow th,159 (1996),935. [17]T.E.Peterand,J.A.Baglio,J.Elect rchem.Soc.,119 (1972),230. [18]Chunxiang Xu et al.,Thin Solid Fil m,306(1997),160. 3 国家高技术863-416主题资助项目 1998-05-11收到初稿,1998-09-07修回 高功率钕玻璃激光放大器优化设计的研究现状与展望3 张 华 范滇元 (中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800) 摘 要 系统地分析了高功率钕玻璃激光放大器及其优化设计的研究现况和进一步发展的方向,简要报道了在钕玻璃放大器优化设计方面所取得的主要成果. 关键词 惯性约束核聚变,钕玻璃放大器,优化设计 OPTIMIZATION OF THE DESIGN OF HIGH POWER Nd∶G LASS LASER AMPL IFIERS Zhang Hua Fan Dianyuan (S hanghai Instit ute of Optics and Fine Mechanics,The Chinese Academy of Sciences,S hanghai 201800) Abstract The development of high power solid state lasers and the optimized design of Nd∶glass amplifiers are described.Our own successes in the optimized design of Nd∶glass amplifiers are reported. K ey w ords inertial confinement fusion,Nd∶glass amplifier,optimized design 1 引言 惯性约束核聚变(ICF)激光驱动器的发展在很大程度上代表了目前高功率固体激光技术发展的最高成就.在ICF开展以来的20多年内,世界各国不断提出新的发展计划,探索新的技术途径,使ICF激光驱动器的研究蓬勃发展,现在已经建成了输出能量达100kJ的高功率激光装置.在高功率固体激光的发展过程中又不断开拓新的物理领域,如X射线激光、强场物理等,取得了一系列令人瞩目的成就. 惯性约束核聚变的研究和发展对激光驱动器的要求越来越高,主要表现在两方面:首先是规模巨大,因而要尽可能降低造价;其次是精密程度日益提高,要求激光系统具有高度的稳定性、可重复性和多路光束性能的一致性,从而对激光系统的设计提出了十分严格的要求,每一种类型的器件都需要进行最佳化设计. 本文将从高功率钕玻璃激光器及其优化设计的发展现况、我们在钕玻璃放大器优化设计方面所取得的主要成果和钕玻璃固体激光器进

激光玻璃现状及发展前景 Xxxxx 摘要:1960年第一台激光器问世,次年就出现了激光玻璃。它具有良好性能和广泛用途。 关键词:激光玻璃;硅酸盐激光玻璃;磷酸盐玻璃;高功率激光装置; 正文: 前言:激光玻璃是一种以玻璃为基质的固体激光材料,由基质玻璃和激活离子两部分组成。它广泛应用于各类型固体激光光器中,并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。 激光玻璃与其它工作物质相比,有一些独特的优点:易制备,容易获得高度透明、光学均匀、大尺寸的激光棒或圆盘;利用热成型及冷加工工艺,可制成不同形状,以适应激光器需要。本文就激光玻璃的种类、机理、制备方法及应用予以简单介绍。 主要内容:现在的激光玻璃主要有硅酸盐激光玻璃、磷酸盐激光玻璃、氟磷酸盐和氟化物激光玻璃、硅磷酸盐激光玻璃、高钕浓度激光玻璃等若干种,我们主要介绍一下硅酸盐激光玻璃和磷酸盐、氟化物激光玻璃以及高钕浓度激光玻璃这三种。 硅酸盐激光玻璃最早的激光玻璃都属于这类,如我国N03、N10,美国的NS0835,日本的LCG13,英国的LN6等。这些玻璃大致成分(mol%)基本为:SiO260—75,Na2O30—15,K2O0—5,CaO+BaO10—15,Al2O30—3。它们的主要优点是熔制工艺成熟、光学质量好、物化性能稳定、激光效率高。 磷酸盐激光玻璃六十年代初在广泛探索基质玻璃系统时,在磷酸盐玻璃中产生了激光,但由于磷酸盐玻璃物化性能性能较差,不易制备,当时没有深入研究。到了七十年代,随着激光核聚变技术的发展,具有受激发截面大、非线性折射率低、热光系数小等优点的磷酸盐玻璃显示了其独特的优点,被选为激光核聚变装置的激光玻璃。日本、美国和我国先后定型了适合于不同要求的磷酸盐激光玻璃。但与此同时,此类玻璃的缺点是化学稳定性差、玻璃表面易潮解。 高钕浓度激光玻璃为了满足微型固体激光器发展的需要,研制了玻璃态的高钕浓度激光玻璃材料(如NdP5O14、LiNdP4O12、KNdP4O12等),并在小型脉冲激光器中得到了应用。 激光玻璃由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃各种物理性质和化学性质主要由基质玻璃决定,而它的光谱性质则主要由激活离子决定。 激光玻璃中由于基质玻璃与激活离子彼此间互相作用,所以激活离子对激光玻璃的物理化学性质有一定的影响,而基质玻璃对它的光谱性质的影响有时还是相当重要的。作为激光玻璃的基质玻璃,大多采用光学玻璃,然而并不是任何一种光学玻璃接入任何一种激活离子都适合作激光玻璃。 制备方法: 硅酸盐:目前制备激光玻璃主要采用熔体冷却成型方法,包括以铂金坩埚、陶瓷坩埚为熔器的间隙式熔体冷却成形方法及铂金池炉为熔器的连续熔融,进行高温加热形成均匀无气泡并符合成型要求的玻璃。 氟磷酸盐:氟磷酸盐的化学组成以氟化物为主,再加入一定量的磷酸盐。氟化物玻璃有氟化铍玻璃、氟锆酸盐玻璃和氟铝酸盐玻璃等。这类玻璃一般用铂坩埚熔制,因易析晶和组分在熔制过程中亦挥发,引起化学成分不均匀,产生条纹,熔制工艺较困难,需采用特殊的工艺制备。目前,这类玻璃的抗激光破坏能力还不够强,破坏阀值大约只有硅酸盐玻璃的一半左右 应用: 激光玻璃具有光学质量高、体积大、发射谱线宽、抗激光破坏能力强、易加工、价格便宜等优点,作为固体激光器材料可获得高亮度、高方向性、高单色性和高相干性的激光输出。从而,在工业、农业、自然科学和军事方面得到了广泛的应用。 激光玻璃用于高功率激光装置:

2010-12-14 首都师范大学物理系王卫宁 1 第5章典型激光器 1 按工作物质分: 固体、液体、气体、半导体、光纤、自由电子…… 2 按输出激光波长的不同分: 远红外、红外、可见光、紫外、x 射线等 3 按激光器的泵浦方式不同分: 光泵浦、电泵浦、化学反应等 4 按运转方式不同分 连续、脉冲、重复脉冲、模式可调 5 按输出激光的脉冲时间宽度不同分 长脉冲、短脉冲、超短脉冲(皮秒、飞秒、阿秒) 本课程按工作物质的分类方式讲解 2010-12-14首都师范大学物理系王卫宁 2 常见激光器及其特性 类型名称 工作物质 波长(μm )激励方式特征 气体激光器 原子He-Ne He-Ne 0.6328气体放电广泛分子 CO 2CO 210.6气体放电高功率输出N 2N 20.3371气体放电无谐振腔离子 Ar + Ar +0.4880气体放电常用作泵浦源He-Cd Cd 3+0.4416气体放电固体红宝石 Cr 3+-Al 2O 30.6943光泵浦应用广泛,可得到高功率输出 Nd 3+-YAG Nd 3+-YAG 1.06光泵浦钕玻璃Nd 3+ 1.06光泵浦液体染料染料0.32激光泵浦波长可调半导体 GaAs/ GaAlAs GaAs 0.85电流注入短波长通信InP/InGaAsP InP 1.30 电流注入 长波长通信 2010-12-14 首都师范大学物理系王卫宁 3 5.1 固体激光器 ?固体激光器最早实现激光输出. 目前,激光输出能量高达105焦耳,最高峰值功率达1013瓦,中小型激光器技术的发展已相当成熟。 ?光泵激励:气体放电灯激励,半导体激光器激励 ?常用固体激光器:红宝石激光器、掺钕钇铝石榴 石激光器、钕玻璃激光器、光纤激光器、钛宝石激光器 ?工作物质:以绝缘晶体或玻璃作为基质,掺入少量的过渡金属离子或稀土作为激活介质; 参与受激辐射的离子密度一般为1025-1026m -3,激光上能级的寿命10-4-10-3s 2010-12-14 首都师范大学物理系王卫宁 4 5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质1.基本结构: 工作物质、泵浦系统、谐振腔和冷却、滤光系统 图5-1 固体激光器的基本结构示意图

第六讲 激光功率及光谱特性(3学时) 参考书 周炳琨《激光原理》 1. 激光谐振腔的光谱特性 无源谐振腔的谱宽 n 品质因数Q (锐利程度) c t Q t e W e W W dt dW W Q τπn πn /0/20/2--==?= 光子生存时间 t Q c πn τ2= δ ατλδ παλπαπn c nL r c nL nL r nL c r nL Q c = -+= = -+=-+=)1(2)1(2)1(2 2. 无源谐振腔的本征模谱宽及精细度 本征模谱宽:损耗越小(反射度越高),谱宽越窄(越锐利) nL c c c πδ πτn 221= = D 谐振腔的精细度(finesse ):无源腔最多1000 δ π n 2= D = c FSR F

3. 激光器(有源腔)的谱线宽度 02) (221=-== = D nL G c nL c s s c s πδπδπτn 有源谐振腔理想谱线宽度应为零 谱宽由自发辐射引起,增益小于损耗,阻尼振荡 2)(2P h K c s n n πn D =D He-Ne 激光器为10-3Hz 量级,为线宽极限 与谐振腔本征模宽度(减小损耗,增加腔长)平方成正比,与输出功率成反比 4. 单模激光器的输出功率 + -+≈+=q q q q I I I I 2 ?? ? ??-+=??? ??-= =? ? ? ??-=→=+= +12211211/1T L G ATI L G ATI ATI P L G I I L I I G G m s m s m s q s q m q αδδδ 激光器的最佳透过率 ( ) 2 22 1 2ααα-= ?-=L G AI P L G T m s m m m I 2n π+3π/2 2n π+3π/2

钕玻璃激光器项目 立项申请书 一、项目发展背景 从国际看,和平与发展的时代主题没有变,世界多极化、经济全 球化、文化多样化、社会信息化深入发展。新一轮科技革命和产业变 革蓄势待发,能源格局变化有利于缓解供给约束。全球治理体系深刻 变革,国际贸易投资规则体系加快重构。世界经济在深度调整中曲折 复苏、增长乏力,主要经济体走势分化。地缘政治关系复杂变化,传 统安全威胁和非传统安全威胁交织,外部环境不稳定不确定因素增多。 从国内看,经济长期向好基本面没有变,发展前景依然广阔。经 济发展进入新常态,四化同步发展,发展速度变化、结构优化、动力 转换特征愈加明显。全面深化改革、全面依法治国释放制度新红利, 将进一步激发市场活力。创新驱动战略加快实施,“中国制造2025”、“互联网+”等全面启动,新经济不断涌现。“一带一路”、京津冀协 同发展、长江经济带等战略深入实施,长三角竞合格局呈现新特征。 更加重视绿色发展、共享发展,社会治理格局发生积极变化。同时, 经济社会发展中不平衡、不协调、不可持续问题依然.突出,传统增长

动力减弱,结构矛盾比较突出,保持经济平稳健康发展和社会和谐稳 定面临不少困难挑战。 从宁波看,“一带一路”、长江经济带和自贸区战略实施,为我 市打造港口经济圈、推动国际化发展、建设“一带一路”战略支点提 供了历史新机遇。市场化改革、创新驱动战略、“中国制造2025”等 深入推进,为我市产业结构调整、激发民营经济活力提供了强劲新动力。新型城市化深入推进,为构建宁波都市区、提升品质魅力提供了 巨大新空间。同时,制约宁波未来发展的问题和矛盾依然较多:一是 转型发展新动力不足,实体经济发展困难,迫切需要通过创新重构发 展动力,通过参与国家开放大战略增创引领优势;二是体制机制束缚 比较明显,政府和市场、社会关系尚未完全理顺,迫切需要加快改革,转变政府职能,优化营商环境;三是资源环境制约加剧,长期积累的 生态环境矛盾集中显现,资源要素节约高效利用的倒逼机制尚未形成;四是民生改善任务艰巨,教育、医疗、社保、公共安全等公共服务供 给存在短板,人口老龄化愈发严峻。 二、项目建设单位 xxx有限公司 三、项目咨询单位

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