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第1章　激光先进制造技术基础1

1.1　激光产生的机理1

1.1.1　电磁辐射特性1

1.1.2　激光产生的必要条件3

1.2　激光束特性6

1.2.1　激光波长6

1.2.2　激光的相干性7

1.2.3　激光束输出模式9

1.2.4　激光束的形状与发散10

1.2.5　激光束的亮度13

1.2.6　激光束偏振13

1.3　激光束的聚焦与传输特性14

1.3.1　激光束聚焦14

1.3.2　激光束聚焦深度（焦深）16

1.3.3　像差18

1.3.4　热透镜效应19

1.3.5　激光束的准直与整形19

1.3.6　激光束传输24

1.3.7　激光束扫描系统26

1.3.8　激光束的分束与合束27

1.4　激光器光学元件与聚焦镜29

1.4.1　激光器输出窗口和聚焦透镜材料29

1.4.2　反射镜30

1.5　激光束的光束质量31

1.5.1　激光束的光束质量的评价标准31

1.5.2　光束质量因子M232

1.5.3　光束参数乘积（BPP）评价方法33

1.5.4　激光束光束质量因子M2的测量方法34

1.6　材料的吸收和反射特性36

1.6.1　材料的吸收特性36

1.6.2　材料的反射特性40

1.7　激光与固体材料的相互作用41

1.7.1　激光束的加热过程41

1.7.2　表面效应41

1.7.3　内部效应42

1.7.4　非线性效应43

1.7.5　激光诱导等离子体44

1.8　激光加工的热源模型55

1.8.1　热物理常数55

1.8.2　激光加工的热源模型56

1.8.3　几种激光加工的热源模型58

参考文献66

第2章　激光器系统68

2.1　固体激光器68

2.1.1　固体激光器的基本结构68

2.1.2　用于激光热加工的固体激光器70

2.1.3　二极管泵浦固体激光器（DPSL）71

2.1.4　掺钛蓝宝石飞秒激光器73

2.2　气体激光器74

2.2.1　CO2激光器75

2.2.2　横流CO2激光器78

2.2.3　轴向流动CO2激光器80

2.2.4　扩散冷却CO2激光器84

2.2.5　准分子激光器85

2.3　高功率半导体激光器87

2.3.1　半导体激光器的构成88

2.3.2　半导体激光器的制备方法89

2.4　光纤激光器89

2.4.1　光纤激光器的基本结构90

2.4.2　光纤激光器的特点91

2.4.3　光纤激光器的种类91

2.4.4　高功率光纤激光器（HPFL）93

2.4.5　超快光纤激光器94

2.5　用于激光热加工激光器的比较94

2.5.1　CO2激光器与YAG激光器及准分子激光器的比较94

2.5.2　常用CO2激光器、Nd:YAG激光器与其他激光器比较95

参考文献96

第3章　激光加工技术98

3.1　激光打孔与激光切割98

3.1.1　激光打孔98

3.1.2　激光切割105

3.1.3　激光打标与雕刻116

3.1.4　激光毛化（刻花）技术122

3.2　激光焊接127

3.2.1　脉冲激光光斑焊接127

3.2.2　激光缝焊132

3.2.3　高功率激光深穿透焊接134

3.2.4　几种焊接方式145

3.2.5　几种典型激光焊接实例157

3.2.6　几种典型零部件的激光焊接170

3.2.7　塑料的激光焊接177

3.3　激光表面热处理（表面改性）185

3.3.1　激光表面相变硬化（表面淬火）185

3.3.2　激光表面合金化与激光表面熔覆192

3.3.3　激光表面非晶化与微晶223

3.3.4　激光冲击强化225

3.3.5　激光清洗和去除技术242

参考文献260

第4章　激光快速成型技术266

4.1　激光快速成型工艺266

4.1.1　分层制造（SFF）快速成型技术267

4.1.2　激光直接成型技术275

4.1.3　激光热成型278

4.1.4　激光冲击成型280

4.1.5　其他新的激光快速成型工艺及材料284

4.2　激光快速成型制作零件（或模具）的典型实例285

参考文献286

第5章　激光烧结合成功能陶瓷材料技术287

5.1　激光烧结合成陶瓷287

5.1.1　激光烧结合成陶瓷方法与工艺287

5.1.2　激光烧结陶瓷的显微结构特征290

5.2　激光烧结合成陶瓷的应用291

5.2.1　激光烧结合成新型钨酸铝陶瓷291

5.2.2　激光烧结合成Ta2O5基陶瓷295

5.2.3　激光合成SiC超细粉299

5.2.4　激光熔凝快离子导体300

参考文献302

第6章　激光制膜技术304

6.1　激光制膜原理与过程304

6.1.1　激光等离子体法制膜的简单机制304

6.1.2　激光制膜过程304

6.1.3　激光辐射与靶材的相互作用305

6.1.4　激光等离子体与基片的相互作用307

6.2　影响激光制膜的因素308

6.2.1　激光波长与运转方式309

6.2.2　激光能量密度309

6.2.3　激光脉冲频率310

6.2.4　辅助气压310

6.2.5　基片温度310

6.3　激光制膜方法及工艺311

6.3.1　激光物理气相沉积薄膜311

6.3.2　激光化学气相沉积薄膜312

6.3.3　双光束脉冲激光沉积功能梯度薄膜313

6.4　脉冲激光制备薄膜技术实例315

6.4.1　脉冲激光制备AIN薄膜315

6.4.2　脉冲激光制备GaN薄膜315

6.4.3 脉冲激光制备β-FeSi2薄膜317

6.4.4　脉冲激光制备类金刚石薄膜318

6.4.5　激光沉积制备高温超导薄膜332

参考文献344

第7章　短波长紫外激光微加工技术348

7.1　准分子紫外激光与材料相互作用348

7.1.1　准分子紫外激光加工特点348

7.1.2　准分子紫外激光作用材料的光热过程348

7.1.3　准分子激光作用材料的单光子吸收过程350

7.1.4　准分子激光作用材料的流体动力学过程350

7.2　准分子激光微加工技术351

7.2.1　准分子激光打孔、准分子激光切割351

7.2.2　准分子激光表面处理354

7.3　准分子激光表面处理实例355

7.3.1　结构钢和工具钢的准分子激光表面改性355

7.3.2　球墨铸铁的准分子激光表面改性356

7.3.3　准分子激光处理不锈钢357

7.3.4　准分子激光处理铝合金358

7.3.5　准分子激光处理镀锰钢板358

7.4　镍基合金的准分子激光微加工360

7.5　热轧Ti6A14V钛基合金的准分子激光微加工361

7.6　准分子激光烧蚀（剥离）去除聚合材料362

7.6.1　准分子激光剥离去除聚合材料的机理363

7.6.2　准分子紫外激光烧蚀实验371

7.7　准分子激光对聚合材料表面改性处理374

7.7.1　聚合物的激光表面改性的原理374

7.7.2　激光处理聚合物表面引起的性能变化378

7.8　准分子激光的其他应用380

7.8.1　准分子激光抛光380

7.8.2　准分子激光制备薄膜380

参考文献381

第8章　飞秒激光微加工技术384

8.1　飞秒激光加工特点及系统384

8.1.1　飞秒激光加工特点384

8.1.2　飞秒激光加工系统386

8.2　飞秒激光与材料相互作用387

8.2.1　飞秒激光烧蚀材料的物理过程387

8.2.2 飞秒激光烧蚀材料过程的热烧蚀机制与非烧蚀热机制及其转换390

8.3　飞秒激光的超微细加工390

8.3.1　打孔390

8.3.2　切割393

8.3.3　直写微加工与制作技术394

8.3.4　三维微制造技术399

8.3.5　特殊材料的飞秒激光微细加工403

8.4　飞秒激光用于光存储412

8.5　制作医用微结构413

8.6　飞秒激光制备纳米颗粒413

8.7　飞秒激光制备功能薄膜414

8.8　飞秒激光诱导光化学反应417

参考文献417

第9章　激光制备纳米材料技术421

9.1　纳米技术的发展和应用421

9.1.1　纳米概念的提出421

9.1.2　纳米技术的应用前景422

9.2　激光制备纳米材料与纳米器件422

9.2.1　激光制备纳米粉末422

9.2.2　激光制备纳米薄膜430

参考文献448

第10章　激光在工业中的应用450

10.1　激光在微电子技术中的应用450

10.1.1　激光切割半导体硅圆晶片450

10.1.2　激光加工印制电路板451

10.1.3　脉冲激光焊接集成电路引线452

10.1.4　激光制造欧姆接触453

10.1.5　脉冲激光密封焊接453

10.1.6　精细线路制作技术455

10.1.7　激光在半导体退火中的应用456

10.1.8　激光微调459

10.1.9　激光修补（修复）集成电路461

10.1.10　激光光刻462

10.2　激光在汽车工业中的应用463

10.2.1　激光切割463

10.2.2　激光焊接464

10.2.3　激光表面改性467

10.3　激光在其他方面的应用472

10.3.1　激光在钢铁冶金行业中的应用472

10.3.2　激光在航空航天工业中的应用473

10.3.3　激光在石油化工行业中的应用474

10.3.4　激光在船舶行业中的应用475

10.3.5　激光在建筑行业中的应用475

10.3.6　激光在纺织行业中的应用476

参考文献481

第11章　激光加工成套设备系统483

11.1　激光加工成套设备的组成483

11.1.1　用于激光加工的激光器483

11.1.2　激光加工工作台484

11.1.3　激光加工设备的激光传输与聚焦系统484

11.1.4　激光加工设备的观察系统485

11.2　激光加工成套设备486

11.2.1　激光打孔机486

11.2.2　激光切割机488

11.2.3　激光打标、雕刻机492

11.2.4 激光毛化（刻花）设备493

11.2.5　激光焊接机494

11.2.6　激光表面热处理设备497

11.2.7　激光快速成型系统软件与设备497

11.3　激光加工生产线中的检测与监控技术498

11.3.1　激光切割过程的检测与监控499

11.3.2　汽车传动轴激光焊接过程的实时检测503

11.3.3　钢板激光拼焊过程的实时检测509

参考文献516