飞秒激光仿真.pdf

飞秒激光仿真是一种高级的精密加工技术，常用于制造微小结构，如倒锥孔，因为它的精度极高，能够达到亚微米级别。在本文档中提到的飞秒激光器，型号为Light conversion L17771，具有20W的功率，波长为1064纳米，聚焦光斑直径为20微米，脉冲宽度仅为200飞秒。这些特性使得飞秒激光能够在材料中进行非热力学过程的精细切割，减少热影响区，提高加工质量。 对于锥孔加工实验，所选用的材料是2.0mm厚的不锈钢。加工的目标是形成一个前后尺寸分别为0.30±0.01和0.35±0.01的倒锥孔，同时要求加工过程中不产生熔溅物。为了实现这一目标，采用了特定的激光参数和扫描策略。激光扫描速度设定为2400mm/s，通过光楔调整起始角度为3°，并分四层进行扫描。每层的扫描圈数和激光功率都有所不同，以控制熔融和去除材料的精确度。 第一层的扫描包括四个圈，激光功率从45%逐渐增加到60%，半径角度增量也逐步减小，以确保孔径的均匀变化。在每一层扫描完成后，通过调整z轴，使激光焦点下降0.01mm，然后按照相同的扫描路径继续下一层的加工。根据材料的厚度，可能需要最多400层的进给，以确保锥孔的形成。 实验中还探讨了不同锥度的微孔加工参数，包括半径角度增量、圈数和功率，这些参数的调整直接影响到最终的微孔形状和尺寸。通过仿真，可以观察到锥孔形貌结构随着激光加工过程的演变，烧蚀深度随时间的变化，以及材料晶格温度的动态变化。仿真结果还能揭示如何通过改变激光路径的疏密度和功率分布来实现不同锥度的微孔加工。 尽管实验过程复杂，但可以通过简化模型来仿真，关键在于模拟出基本趋势，而非完全复现实际的物理过程。这种简化有助于理解关键参数对加工结果的影响，为优化工艺提供指导，并且降低了实验成本。飞秒激光仿真是微纳制造领域的一个重要工具，它允许科学家和工程师在实验之前预测和优化加工效果，从而推动精密制造技术的发展。