纳秒脉宽ndyag激光冲击强化激光器的研制及分析

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1、第４０卷第８期中国激光Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．８２０１３年８月犆犎犐犖犈犛犈犑犗犝犚犖犃犔犗犉犔犃犛犈犚犛犃狌犵狌狊狋，２０１３纳秒脉宽犖犱∶犢犃犌激光冲击强化激光器的研制及分析乔红超１１１，２赵吉宾陆莹（１中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁沈阳１１００１６；２哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨１５０００１）摘要针对近年来发展的提高工件疲劳寿命的激光冲击强化技术，采用一级谐振级８级放大级的系统结构和模块化设计方法，研制出了激光冲击强化用大能量、短脉宽、高频率的Ｎｄ∶ＹＡＧ脉冲固体激光器，分析了激光器的设计方案、激光光路布置特点，并对其技术指标进行了测试。在预热２０ｍｉ

2、ｎ后、环境温度变化小于２℃的情况下，单脉冲最大输出能量达２５Ｊ，能量不稳定度小于３％，脉宽在１６～２０ｎｓ范围内连续可调，脉宽不稳定度小于±１ｎｓ，光束发散角不超过２．５ｍｒａｄ，重复频率达５Ｈｚ。为进一步验证激光器的性能，对ＴＣ４钛合金进行了激光冲击强化试验，大幅度提高了ＴＣ４钛合金试件表面的残余压应力，测试和试验结果均表明，激光器的各项性能良好。关键词激光技术；激光冲击强化；纳秒脉宽；脉冲能量；大能量激光中图分类号ＴＮ２４８．１文献标识码Ａ犱狅犻：１０．３７８８／犆犑犔２０１３４０．０８０２００１犇犲狏犲犾狅狆犪狀犱犃狀犪犾狔狊犻狊狅犳犖犪狀狅狊犲犮狅

3、狀犱犘狌犾狊犲犠犻犱狋犺犖犱∶犢犃犌犔犪狊犲狉犳狅狉犔犪狊犲狉犘犲犲狀犻狀犵１，２１１，２犙犻犪狅犎狅狀犵犮犺犪狅犣犺犪狅犑犻犫犻狀犔狌犢犻狀犵１（犛犺犲狀狔犪狀犵犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犃狌狋狅犿犪狋犻狅狀犆犺犻狀犲狊犲犃犮犪犱犲犿狔狅犳犛犮犻犲狀犮犲狊，犛犺犲狀狔犪狀犵，犔犻犪狅狀犻狀犵１１００１６，犆犺犻狀犪）２犎犪狉犫犻狀犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犎犪狉犫犻狀，犎犲犻犾狅狀犵犼犻犪狀犵１５０００１，犆犺犻狀犪犃犫狊狋狉犪犮狋犉狅狉狋犺犲犾犪狊犲狉狆犲犲狀犻狀犵狋犲犮犺狀狅犾狅犵狔狑犺犻犮犺犻狊犪狉犲犮犲狀狋犾狔犱犲狏犲犾狅狆犲犱狊

4、狌狉犳犪犮犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋犿犲狋犺狅犱犱犲狊犻犵狀犲犱狋狅犻犿狆狉狅狏犲狋犺犲犳犪狋犻犵狌犲犾犻犳犲狅犳犿犲犮犺犪狀犻犮犪犾狆犪狉狋狊，狌狊犻狀犵犪狅狊犮犻犾犾犪狋犻狅狀犲犻犵犺狋狊狋犪犵犲犪犿狆犾犻犳犻犲犱狊狔狊狋犲犿狊狋狉狌犮狋狌狉犲犪狀犱狋犺犲犿狅犱狌犾犪狉犱犲狊犻犵狀犿犲狋犺狅犱，犺犻犵犺犲狀犲狉犵狔，狊犺狅狉狋狆狌犾狊犲犪狀犱犺犻犵犺犳狉犲狇狌犲狀犮狔犖犱∶犢犃犌狊狅犾犻犱狊狋犪狋犲犾犪狊犲狉狊犪狉犲犱犲狏犲犾狅狆犲犱．犇犲狊犻犵狀狊犮犺犲犿犲狅犳狋犺犲犾犪狊犲狉犪狀犱狋犺犲犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犾犪狊犲狉犫犲犪犿狋狉犪

5、狀狊犿犻狊狊犻狅狀犪狉犲狆狉犲狊犲狀狋犲犱犪狀犱犱犻狊犮狌狊狊犲犱．犃狋犪犿犫犻犲狀狋狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狑犺犻犮犺犮犺犪狀犵犲狊犾犲狊狊狋犺犪狀２℃犪狀犱犪犳狋犲狉２０犿犻狀狅犳狑犪狉犿狌狆，狋犺犲狋犲犮犺狀犻犮犪犾狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊狊狌犮犺犪狊狋犺犲犿犪狓犻犿狌犿狊犻狀犵犾犲狆狌犾狊犲犲狀犲狉犵狔狅犳２５犑，犲狀犲狉犵狔犻狀狊狋犪犫犻犾犻狋狔犾犲狊狊狋犺犪狀３％，狆狌犾狊犲狑犻犱狋犺狑犺犻犮犺犮犪狀犫犲犮狅狀狋犻狀狌狅狌狊犾狔犪犱犼狌狊狋犪犫犾犲犫犲狋狑犲犲狀１６狀狊犪狀犱２０狀狊，狆狌犾狊犲狑犻犱狋犺犻狀狊狋犪犫犻犾犻狋狔犾犲狊狊狋犺犪狀±１狀

6、狊，犫犲犪犿犱犻狏犲狉犵犲狀犮犲犾犲狊狊狋犺犪狀２．５犿狉犪犱，犪狀犱狋犺犲犿犪狓犻犿狌犿狊犻狀犵犾犲犳狉犲狇狌犲狀犮狔狅犳５犎狕犪狉犲犪犮犺犻犲狏犲犱．犜狅犳狌狉狋犺犲狉狏犲狉犻犳狔狋犺犲狆犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲狅犳狋犺犲犾犪狊犲狉狊，犪犜犆４狋犻狋犪狀犻狌犿犪犾犾狅狔狑狅狉犽狆犻犲犮犲犻狊狋犲狊狋犲犱狑犻狋犺狋犺犲犖犱∶犢犃犌犾犪狊犲狉狊．犜犺犲狋犲狊狋犲犱狉犲狊狌犾狋狊狊犺狅狑狋犺犪狋狋犺犲犮狅犿狆狉犲狊狊犻狏犲狉犲狊犻犱狌犪犾狊狋狉犲狊狊犻狊犵狉犲犪狋犾狔犻犿狆狉狅狏犲犱犪狀犱狋犺犲狆犲狉犳狅狉犿犪狀犮犲狅犳狋犺犲犾犪狊犲狉狊犻狊犲狓犮犲犾犾犲狀狋

7、．犓犲狔狑狅狉犱狊犾犪狊犲狉狋犲犮犺狀犻狇狌犲；犾犪狊犲狉狆犲狀狀犻狀犵；狀犪狀狅狊犲犮狅狀犱狆狌犾狊犲；狆狌犾狊犲犲狀犲狉犵狔；犺犻犵犺犲狀犲狉犵狔犾犪狊犲狉犗犆犐犛犮狅犱犲狊１４０．３４６０；１４０．３５３０；１４０．３５３８；１４０．３５８０［４－６］１引言改善金属材料的抗疲劳断裂的性能。激光冲击强化技术是近年来发展较为迅速的表激光冲击强化技术的发展离不开大能量、短脉［１－３］宽、高频率的脉冲固体激光器技术的发展，比如以面处理技术。激光冲击强化技术利用功率密度为ＧＷ／ｃｍ２量级、脉冲宽度为纳秒量级的强激光束Ｎｄ∶ｇｌａｓｓ激光器和Ｎｄ∶ＹＡＧ激光器为

8、代表的高能［７－９］辐照材料表面产生的冲击波来提高金属材料的强激光