- 上一篇：配电网可靠性评估的研究现状
- 下一篇：系统带有外部持续扰动的抑制研究现状和参考文献
图1-1 单摆法测量熔融物反冲压力
然而，随着孔深度的增加，反冲压力逐渐减小，熔融物没有足够动力离开小孔，在沿壁面的流动中逐渐冷却。打孔结束后，孔内有重铸层[14]，导致了小孔形状不规则，甚至有时孔口被堵塞[15]，因此，如何将毫秒激光应用于精密加工，并且提高加工工艺及效率，是迫切需要解决的问题。
若要提高小孔质量和打孔效率，关键在于提高质量迁移率，也就是进一步促进熔融物离开小孔。目前，主要的解决方法有两种，一种是借助外部力量，即向孔内喷入高压辅助气体[16]；另一个是改变作用激光参数，包括对激光脉冲整形，采用双脉冲或多脉冲联合打孔的方法[17]。不过，在一些特定情况下，例如作用远距离目标时，或者加工需要真空环境时，只能采用后一类方法。
双脉冲联合打孔的思路在于，第二个激光脉冲可以起到增加反冲压力作用，从而提高物质迁移的质量，这一般表现于材料更易被打穿。不过这里双脉冲并没有确切的脉宽组合形式，而是根据不同需求存在多种组合。Fox[18]首先提出了利用连续激光和纳秒激光联合打孔。但Lehane和Kwok[19]认为纳秒激光将产生等离子体屏蔽效应，影响激光与材料的相互作用，因此提出毫秒激光与百微秒激光的组合。后来又陆续出现双纳秒脉冲组合以及百微秒激光与纳秒激光组合[20]。因为毫秒激光作用下质量迁移率较高，所以取第一个脉冲的脉宽为毫秒，下面将讨论第二个脉宽的选择。
首先，可以从上述脉冲组合中发现，第二个脉冲的宽度总小于或等于第一个脉冲宽度，所以将候选脉宽限定在纳秒到毫秒脉宽之间。进一步的，在这个范围内，选择合适的脉宽。也就是说，在这个脉宽激光作用下，质量迁移可以得到最大的提升。Allmen [21]的研究指出，反冲压力值略大于饱和蒸气压的一半，而后者则与蒸汽温度有关；当激光功率密度达到108W/cm2时，反冲压力约为480atm。实际上，继续提高激光功率密度，蒸气将发生电离从而产生等离子体。相关研究表明，等离子体爆轰波（Laser-Supported Detonation Wave）作用在材料表面的压力可以达到约1500atm[22]。可见，在等离子冲击波作用下，熔融物应当能够被迅速挤压出小孔。与毫秒及百微秒激光相比，纳秒激光功率密度相对较高，容易产生等离子体。同时，纳秒激光与材料相互作用时间短，热影响范围小，不会进一步增加熔融物。结合这两个方面，可以确定选取纳秒为第二激光脉冲的脉宽，如图1-2所示。在等离子体爆轰波对材料表面的压力和反冲压力的联合作用下，熔融物将更容易被挤压出小孔，如图1-3所示。
图1-2 双脉冲联合打孔示意图。 图1-3 爆轰波产生的表面压力与反冲压力联合作用示意图。
综上所述，采用毫秒激光与纳秒激光联合打孔的方法，应当可以获得较高的质量迁移，进而可以提高打孔效率，更好的控制小孔轮廓及小孔质量。