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本激光切割是激光加工行業(yè)中一項(xiàng)重要的應(yīng)用技術(shù)，也是激光加工中應(yīng)用最多的加工方 式。我國(guó)的數(shù)控激光切割機(jī)生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展已取得了很大成就。我國(guó)的激光切割機(jī)產(chǎn) 品與國(guó)外先進(jìn)產(chǎn)品相比，還有較大差距，主要表現(xiàn)在切割機(jī)的運(yùn)行速度低，動(dòng)態(tài)精度差，配套 功能不夠，切割工藝參數(shù)不完善和切割斷面質(zhì)量不易保證等。 為了使得新型切割機(jī)床的切割效率更高，切割質(zhì)量進(jìn)一步提升，本項(xiàng)目專門開(kāi)發(fā)出了一款 更加高效的軟件控制系統(tǒng)。通過(guò)該軟件來(lái)控制嵌入式運(yùn)動(dòng)控制器，進(jìn)而控制三個(gè)伺服電機(jī)的運(yùn) 動(dòng)。利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，推導(dǎo)出兩個(gè)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)變換模型。采用VC++編程語(yǔ)言，結(jié)合 了開(kāi)放式控制系統(tǒng)的多層次、模塊化設(shè)計(jì)方法在Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)上編寫了控制軟件。 本項(xiàng)目在傳統(tǒng)激光切割機(jī)床的基礎(chǔ)上，提出了一種新型激光切割機(jī)床的結(jié)構(gòu)串并聯(lián)激光切 割機(jī)床，在激光切割的過(guò)程中，可以自動(dòng)合理地選擇串并聯(lián)桿件進(jìn)行控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使得切割 效率更高，機(jī)床振動(dòng)減小。 本項(xiàng)目為了保證控制系統(tǒng)的安全可行性，對(duì)多個(gè)方面進(jìn)行了研究。首先對(duì)串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的插 補(bǔ)算法進(jìn)行研究，提高了運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)的合理性以及切割速度；其次，對(duì)該串并聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了 干涉檢驗(yàn)和奇異性分析，驗(yàn)證了該機(jī)構(gòu)的可行性；再次，對(duì)在切割過(guò)程中的共邊圖形以及邊界 等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究和規(guī)劃，使得圖形的加工次序更加合理；最后，本系統(tǒng)需要根據(jù)數(shù)控G 代碼進(jìn)行控制，將DXF文件中的加工圖案轉(zhuǎn)化為G代碼具有非常重要的作用，所以對(duì)DXF轉(zhuǎn)G 代碼的規(guī)則進(jìn)行了更加深入的分析，并完成軟件操作功能。

本項(xiàng)目旨在開(kāi)發(fā)出國(guó)際領(lǐng)先的儀器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)基于激光超極化惰性氣體的MRI肺部疾病診斷需要的新材料、新技術(shù)、新設(shè)備和新方法，研制既適合低場(chǎng)永磁MRI也適合高場(chǎng)超導(dǎo)MR的肺部成像的關(guān)鍵部件。該技術(shù)在獲取肺部疾病的信息的同時(shí)具有無(wú)創(chuàng)性、無(wú)射線輻射、精準(zhǔn)診斷、早期診斷等優(yōu)點(diǎn)，在新一代信息技術(shù)肺部疾病的診療中有非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

激光智能增材制造系統(tǒng)是將激光3D打印系統(tǒng)與激光制造仿真物理模型，CAD、CAE、CAPP、CAM技術(shù)，高精度多種在線控制系統(tǒng)相結(jié)合的下一代增材制造設(shè)備。該系統(tǒng)可根據(jù)三維模型特征優(yōu)化加工路徑；可根據(jù)工件材質(zhì)和性能要求，通過(guò)模擬程序得到優(yōu)化加工參數(shù)；在制造過(guò)程中，可通過(guò)尺寸掃描測(cè)量，實(shí)時(shí)調(diào)整加工量；通過(guò)溫度、圖像、等離子光譜等傳感器在線采集特征信息，實(shí)時(shí)調(diào)整加工參數(shù)；制造完成后，可給出熱處理參數(shù)，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能。系統(tǒng)整體智能化程度高，集成度高，在實(shí)現(xiàn)激光金屬3D打印的同時(shí)，可大幅提高打印工件的尺寸精度和機(jī)械性能。該技術(shù)適用于復(fù)雜高性能產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造、核心工件再制造、航空裝備、核電裝備、軌道交通裝備、海洋工程裝備等高端制造領(lǐng)域，還可用于模具精準(zhǔn)修復(fù)。

該成果是原有的鋁反射激光全息防偽末的升級(jí)替換品。這種薄膜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅有信 息層和基底層兩層組成。全息圖像以激光全息技術(shù)拍攝并用激光雕刻和電鑄手段，以光 柵條紋的形式復(fù)制到鎳質(zhì)金屬模版上。以金屬模版熱壓氣凝膠或有機(jī)高聚物聚氨酯涂層， 形成承載全息圖像的信息層，可在薄膜上再現(xiàn)全息圖像。

利用等強(qiáng)度的偏振正交的雙色飛秒光場(chǎng)（800nm + 400nm），深入研究遂穿電子干涉的干涉動(dòng)力學(xué)，提出了利用新型的“時(shí)空電子干涉儀”，探測(cè)電子在遂穿過(guò)程中獲得勢(shì)壘下相位，揭示電子隧穿的動(dòng)力學(xué)信息。該工作利用先進(jìn)的冷靶反沖離子電子動(dòng)量成像譜儀（所謂COLTRIMS），清晰地測(cè)量了正交雙色光場(chǎng)下的光子周期內(nèi)干涉圖案。通過(guò)與理論模擬的對(duì)比 [強(qiáng)場(chǎng)近似（SFA）,庫(kù)侖修正的強(qiáng)場(chǎng)近似(CCSFA)和數(shù)值求解含時(shí)薛定諤方程（TDSE）]，揭示出了光電子勢(shì)壘下相位的對(duì)干涉圖案的貢獻(xiàn)。研究結(jié)果表明勢(shì)壘下相位蘊(yùn)藏著的電子隧穿動(dòng)力學(xué)信息，對(duì)光電子干涉和光電子全息起著不可或缺的作用。

高性能納米激光器，使用漏輻射顯微成像技術(shù)，通過(guò)動(dòng)量匹配的方法將納米激光器的表面等離激元暗輻射耦合到遠(yuǎn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)空間、動(dòng)量空間和頻譜空間的直接成像，首次揭示納米激光器的輻射能量可以百分之百耦合到傳播模式的表面等離激元。該工作確認(rèn)了納米激光器與傳統(tǒng)激光器本質(zhì)區(qū)別，為對(duì)納米激光器進(jìn)行進(jìn)一步操控和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

目前，國(guó)內(nèi)外主要利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和齒輪測(cè)量中心進(jìn)行大齒輪的測(cè)量，這種儀器可測(cè)量的齒輪最大直徑不超過(guò) 5m，且價(jià)格昂貴。本項(xiàng)目利用激光跟蹤儀的大尺寸測(cè)量和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的高精度測(cè)量能力， 將兩者結(jié)合起來(lái)，利用激光跟蹤儀進(jìn)行被測(cè)齒輪和三坐標(biāo)測(cè)量平臺(tái)定位，利用三坐標(biāo)平臺(tái)完成齒輪特征   線高精度測(cè)量，研制出可測(cè)量外徑Ф3000 ~ 10000mm、最小模數(shù) 6mm、精度 6-7 級(jí)及以上，具備測(cè)量齒輪幾何參數(shù)、齒廓、齒向（螺旋線）、接觸線、齒厚及齒面拓?fù)湔`差等功能的特大型齒輪測(cè)量系統(tǒng)，填   補(bǔ)了直徑達(dá) 10m 的大型齒輪測(cè)量空白。項(xiàng)目獲國(guó)家發(fā)明專利 14 項(xiàng)，軟件著作權(quán) 7 項(xiàng)，發(fā)表論文 20 篇。

高功率超短脈沖激光技術(shù)在激光精細(xì)加工和激光 3D 打印等領(lǐng)域表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢(shì)，可以提供十微米以下甚至亞微米級(jí)的加工精度，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。由于高功率超短脈沖激光的脈沖寬度非常窄（工業(yè)應(yīng)用通常在百飛秒至幾十皮秒量級(jí)），單脈沖能量較大，峰值功率非常高，普通實(shí)芯石英光纖  受限于材料的非線性和損傷閾值低的問(wèn)題，無(wú)法傳輸如此高功率的超短脈沖?，F(xiàn)在大多采用空間光路 反射輸出，這大大增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，限制了其應(yīng)用范圍。 北工大基于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，制備了高性能的無(wú)節(jié)點(diǎn)空芯反諧振光纖，該光纖纖芯為空氣   結(jié)構(gòu)，這就避免了材料的吸收，可以大大提高光纖的損傷閾值，進(jìn)而可用來(lái)傳輸高功率超快激光。這 種高性能無(wú)節(jié)點(diǎn)空芯反諧振光纖利用改裝的特種光纖拉絲塔通過(guò)堆積和拉制的方法拉制而成。目前， 國(guó)際范圍內(nèi)僅有少數(shù)科研單位和一家法國(guó) GLO Photonics 公司具有制備該光纖的能力，并且銷售價(jià)格較高（約 20,000 元 / 米），阻礙了其工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)程。

面向高端裝備發(fā)展對(duì)先進(jìn)激光焊接技術(shù)的迫切需求，圍繞大型薄壁關(guān)鍵構(gòu)件激光焊接制造過(guò)程中的     重大科學(xué)技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)研究，突破了大型薄壁構(gòu)件激光焊接的關(guān)鍵共性技術(shù)，解決了大型薄壁構(gòu)件激光 焊接過(guò)程穩(wěn)定性、質(zhì)量一致性和可靠性難題，開(kāi)發(fā)出關(guān)鍵功能部件和成套技術(shù)裝備，構(gòu)建了大型薄壁構(gòu)  件激光焊接制造理論和技術(shù)體系，顯著提升了我國(guó)高端裝備制造的自主創(chuàng)新能力和技術(shù)水平。項(xiàng)目成果 獲中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)，北京市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)。

01. 成果簡(jiǎn)介 高性能、小型化穩(wěn)頻激光器在基礎(chǔ)科研、精密測(cè)量、計(jì)量等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。飽和吸收譜穩(wěn)頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)激光器頻率鎖定于原子、分子的特定躍遷譜線上，不僅可以保證鎖定激光器輸出激光相對(duì)頻率的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，而且可以實(shí)現(xiàn)輸出激光具有很高的絕對(duì)波長(zhǎng)準(zhǔn)確性，因此飽和吸收譜穩(wěn)頻激光器可以應(yīng)用于長(zhǎng)度基準(zhǔn)、超高精度長(zhǎng)度測(cè)量等領(lǐng)域。 傳統(tǒng)的高性能穩(wěn)頻激光器在實(shí)際應(yīng)用中，為了獲取較高的譜線信號(hào)的強(qiáng)度，在激光器的光路設(shè)計(jì)中，通常使用長(zhǎng)度較長(zhǎng)的氣室，因而造成了光路占用面積和體積大、使用不方便的問(wèn)題。 本項(xiàng)成果提供一種緊湊型飽和吸收譜穩(wěn)頻激光器光路設(shè)計(jì)和包含其的飽和吸收譜穩(wěn)頻激光器，可以在獲得有效飽和吸收信號(hào)強(qiáng)度前提下縮短氣室長(zhǎng)度，這種設(shè)計(jì)既有利于提高有限功率輸出激光器的飽和吸收譜探測(cè)效率，又可以保證激光最終輸出功率，同時(shí)，可以減少飽和吸收譜穩(wěn)頻激光器光路占用的體積和面積，方便使用。飽和吸收譜穩(wěn)頻激光器光路設(shè)計(jì)圖02. 應(yīng)用前景 本項(xiàng)成果可應(yīng)用于精密測(cè)量、計(jì)量領(lǐng)域。03. 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 本項(xiàng)成果核心技術(shù)已申請(qǐng)1項(xiàng)國(guó)內(nèi)發(fā)明專利，目前正在申請(qǐng)國(guó)際專利。04. 團(tuán)隊(duì)介紹 本項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為清華大學(xué)副研究員，主要研究領(lǐng)域包括激光冷卻鎘離子微波頻標(biāo)、Ramsey-CPT微波原子鐘、冷原子束、時(shí)間頻率傳輸與比對(duì)、精密激光光譜等，其中基于穩(wěn)頻激光的精密光譜技術(shù)可以獲得非常高的測(cè)量靈敏度，廣泛應(yīng)用于氣體檢測(cè)、計(jì)量、工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域。承擔(dān)和參與國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、973計(jì)劃等項(xiàng)目研究。發(fā)表SCI論文20余篇，獲得4項(xiàng)專利授權(quán)。2015年獲中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。05. 合作方式 專利許可、合作開(kāi)發(fā)。06. 聯(lián)系方式 郵箱：zhangyan2017@tsinghua.edu.cn