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绪论1

参考文献7

第1章 背景及用途9

1.1 激光器工作原理9

1.1.1 整体结构9

1.1.2 受激发射现象11

1.2 工业激光器的类型17

1.2.1 CO2激光器17

1.2.2 CO激光器22

1.2.3 固体激光器22

1.2.4 半导体激光器24

1.2.5 准分子激光器26

1.3 不同激光器之间的比较26

1.4 激光的应用27

1.4.1 高亮度28

1.4.2 准直29

1.4.3 长度测量29

1.4.4 污染监测31

1.4.5 速度测量31

1.4.6 全息照相34

1.4.7 斑纹干涉仪35

1.4.8 检查35

1.4.9 分析技术36

1.4.10 信息记录36

1.4.11 通讯38

1.4.12 热源38

1.4.13 医疗39

1.4.14 印刷41

1.4.15 同位素分离42

1.4.16 核聚变42

1.5 激光的商业应用42

参考文献43

第2章 激光光学基础45

2.1 电磁辐射特性45

2.2 电磁辐射与物质的相互作用47

2.2.1 荧光性49

2.2.2 受激Raman散射49

2.2.3 受激Brillouin散射49

2.2.4 二次谐波的产生50

2.2.5 Kerr光学效应50

2.3 反射和吸收50

2.3.1 波长的影响52

2.3.2 温度的影响52

2.3.3 表面薄膜的影响52

2.3.4 入射角度的影响53

2.3.5 材料及表面粗糙度的影响53

2.4 折射53

2.4.1 Rayleigh散射55

2.4.2 Mie散射55

2.4.3 Bulk散射55

2.5 干涉56

2.6 衍射56

2.7 激光的特征56

2.7.1 波长56

2.7.2 相干性57

2.7.3 模式和光束直径57

2.7.4 偏振59

2.8 单一透镜的聚焦59

2.8.1 焦斑的最终尺寸60

2.8.2 焦深67

2.9 光学元器件67

2.9.1 双谱线透镜67

2.9.2 消偏器68

2.9.3 准直仪68

2.9.4 金属光学69

2.9.5 衍射光学元件-全息透镜70

2.9.6 激光扫描系统71

2.9.7 光纤传输系统71

参考文献73

第3章 激光切割75

3.1 引言75

3.2 切割工艺-具体操作76

3.3 切割方式77

3.3.1 气化切割／打孔78

3.3.2 熔化切割——熔融和吹除79

3.3.3 反应燃烧切割84

3.3.4 可控断裂切割85

3.3.5 激光刻划86

3.3.6 冷切割86

3.3.7 氧气辅助激光切割-LASOX工艺86

3.4 激光切割的理论模型88

3.5 实用特性88

3.5.1 光束特性88

3.5.2 传输特性91

3.5.3 气体性质93

3.5.4 材料特性96

3.5.5 实用技巧97

3.6 应用实例97

3.6.1 模切板切割98

3.6.2 石英管的切割98

3.6.3 仿形切割98

3.6.4 布料切割98

3.6.5 航空材料99

3.6.6 切割玻璃纤维99

3.6.7 切割凯芙拉复合材料99

3.6.8 原型车制造99

3.6.9 切割氧化铝和绝缘板99

3.6.10 家具工业99

3.6.11 多孔水管的打孔100

3.6.12 香烟纸穿孔100

3.6.13 柔性版印刷滚轮100

3.6.14 放射性材料的切割100

3.6.15 电子工业的应用100

3.6.16 激光打孔101

3.6.17 废品回收102

3.6.18 激光加工103

3.6.19 船舶制造103

3.6.20 激光冲压103

3.6.21 自行车和管结构的制造103

3.6.22 轨道车辆制造中的切割和焊接103

3.7 成本实例103

3.8 工艺变化104

3.8.1 电弧增强激光切割104

3.8.2 加热切削105

3.9 未来发展105

3.9.1 较高功率的激光器105

3.9.2 辅助切割能源105

3.9.3 改善能量耦合105

3.9.4 更小的焦斑尺寸105

3.9.5 增加拖拽能力105

3.9.6 增加流动性106

3.10 功率需求实例106

参考文献106

第4章 激光焊接110

4.1 引言110

4.2 工艺布局112

4.3 焊接加工机制-匙孔和等离子体效应113

4.4 激光焊接的影响因素116

4.4.1 激光功率117

4.4.2 光斑尺寸和模式120

4.4.3 偏振120

4.4.4 光束波长120

4.4.5 焊接速度121

4.4.6 焦点位置122

4.4.7 接头形状123

4.4.8 保护气和气压127

4.4.9 保护气压力的影响129

4.4.10 材料性能的影响130

4.4.11 重力132

4.5 其他焊接工艺132

4.5.1 激光复合焊132

4.5.2 双光束焊接132

4.5.3 移动和旋转光束133

4.6 应用133

4.7 成本估计136

参考文献138

第5章 热流理论140

5.1 引言140

5.2 一维热流分析模型142

5.3 静态点源分析模型145

5.3.1 瞬态点热源145

5.3.2 连续点热源145

5.3.3 点热源以外的其他热源145

5.4 移动点热源的分析模型146

5.5 其他的表面加热模型147

5.5.1 Ashby-Shercliffe模型：移动多维曲面线热源147

5.5.2 Davis模型：移动高斯热源148

5.6 匙孔模型分析-线热源解148

5.7 移动点-线热源解150

5.8 有限差分模型150

5.9 半定量模型152

5.10 流体模型155

5.11 应力模型155

5.12 结论155

5.13 符号列表155

参考文献156

第6章 激光表面处理158

6.1 引言158

6.2 激光热处理159

6.2.1 热流163

6.2.2 扩散质量流动165

6.2.3 相变过程机制165

6.2.4 相变钢的性能167

6.3 激光表面熔化168

6.3.1 凝固方式172

6.3.2 凝固组织尺度173

6.3.3 熔池内的质量流动174

6.4 激光表面合金化175

6.4.1 工艺变量175

6.4.2 应用176

6.5 激光涂敷177

6.5.1 预置粉末激光涂敷177

6.5.2 吹粉激光涂敷179

6.6 粒子注入183

6.7 表面纹理处理184

6.8 增强电镀185

6.9 激光化学蒸气沉积186

6.10 激光物理气相沉积187

6.11 非接触弯曲187

6.12 磁畴控制187

6.13 激光清理和涂料去除188

6.14 表面粗糙化188

6.15 粗琢188

6.16 微加工189

6.17 激光标识189

6.18 冲击硬化190

6.19 结论192

参考文献192

第7章 激光快速成型和微型制造197

7.1 引言197

7.2 加工范围198

7.2.1 制造类型198

7.2.2 快速成型技术按原材料分类198

7.3 CAD文件处理198

7.4 分层制造问题200

7.4.1 综述200

7.4.2 台阶式分级200

7.4.3 层厚的选择200

7.4.4 精确度200

7.4.5 部件取向200

7.4.6 支撑结构200

7.5 特殊工艺200

7.5.1 立体光刻成型200

7.5.2 激光选择性烧结203

7.5.3 叠层实体制造205

7.5.4 激光定向熔铸206

7.6 快速制造技术207

7.6.1 硅树脂橡胶浇模207

7.6.2 熔模铸造207

7.6.3 砂模铸造208

7.6.4 激光定向铸造208

7.6.5 快速成型工具208

7.7 应用208

7.8 结论209

参考文献209

第8章 激光弯曲或激光成型211

8.1 引言211

8.2 加工机制211

8.2.1 热梯度机制211

8.2.2 点源机制213

8.2.3 褶皱机制213

8.2.4 镦压机制213

8.3 理论模型213

8.3.1 热梯度机制模型214

8.3.2 褶皱机制模型217

8.3.3 镦压机制模型219

8.4 操作特点220

8.4.1 功率影响220

8.4.2 速度的作用-“线能量”221

8.4.3 材料的影响221

8.4.4 厚度的影响-弯曲增厚221

8.4.5 平板尺寸效应-边界效应222

8.4.6 扫描次数的影响223

8.5 应用224

8.6 结论225

8.7 符号列表226

参考文献227

第9章 激光清洁228

9.1 引言228

9.2 激光清洁机理229

9.2.1 选择性蒸发229

9.2.2 剥离232

9.2.3 瞬时表面热处理232

9.2.4 蒸发压力234

9.2.5 光压235

9.2.6 剥离（键破坏）236

9.2.7 干燥和蒸气激光清洁236

9.2.8 倾斜入射激光清洁238

9.2.9 激光激波清洁239

9.3 激光清洁过程的概述240

9.4 实际应用240

参考文献241

第10章 激光自动化及在线监测244

10.1 自动化原理244

10.2 在线监测246

10.2.1 激光束特性监测247

10.2.2 工作台特性监测251

10.2.3 加工特性监测253

10.3 在线控制261

10.3.1 在线功率控制261

10.3.2 在线温度控制261

10.4 “智能”在线控制262

10.5 结论264

参考文献264

第11章 激光安全防护267

11.1 危害267

11.2 标准267

11.3 安全限值268

11.3.1 对眼睛的危害268

11.3.2 对皮肤的危害269

11.4 激光分类270

11.5 典型的4类安全协议270

11.6 合理安装设备存在的危险271

11.7 电气危害271

11.8 粉尘危害272

11.9 结论272

参考文献273

结束语274