具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1-图4所示，本发明的基于连续-重频脉冲激光的激光辐照加强方法，包括以下步骤：

步骤一、构建连续-重频脉冲组合激光，连续-重频脉冲组合激光包括连续激光和脉冲激光，即本发明中，以连续激光为基底，在连续激光的基础上辅以脉冲激光，形成了一种连续-重频脉冲组合激光。

参照图1所示，为连续-重频脉冲组合激光的时域光强分布图，其主要分为两个部分，一部分为高峰值功率脉冲激光1和连续激光2，当连续-重频脉冲组合激光辐照物体表面时，高峰值功率脉冲激光1用于作用物质表面激发一定量的等离子体，低峰值功率区域2用于对等离子体注入能量。

步骤二、使用连续-重频脉冲组合激光对待加工物质进行辐照处理。

参照图2所示，为连续-重频脉冲组合激光辐照物体表面引起快速损伤的原理示意图。本发明的工作原理是：当连续-重频脉冲组合激光3辐照物体4表面时，由于脉冲激光的峰值功率极高会激发一定量的等离子体5，而激发的等离子体5会快速吸收连续激光的能量，引起小区域等离子体5快速升温，迅速扩大物体表面的温度梯度分布和热应力，当热应力超过材料的应力阈值时，物质表面发生损伤，从而达到快速损伤物体4表面的效果。

具体的，当等离子体吸收连续激光2能量后，等离子体的吸收率可以表示为：

其中，K_s为逆吸收系数，v为激光频率，T为等离子体温度，Ne是电子数密度，N+为铝离子密度，Z为原子系数，k为玻尔兹曼常数。

而小区域的等离子体吸收激光能量后，作为二次热源会快速改变物质表面的温度分布和应力分布，形成极大的温度梯度分布和热应力，物质表面温度扩散可表示为：

其中，T为温度，Q表示热源，K表示物质的热扩散系数，ρ表示物质密度。

物质表面应力分布满足：

其中，

其中，u，r，z分别为材料空间域内的点在轴向、切向和竖直方向的位移分量，σ_r、σ_θ和σ_zr分别为轴向、切向以及竖直和切向合方向的应力。G表示材料的杨氏模量，β表示材料的热膨胀系数。

当热应力超过物质的拉应力或压应力阈值时，物质表面将会发生损伤。

本发明中，脉冲激光为短脉冲尖峰激光。连续激光和脉冲激光可为相同波长，也可为不相同波长。而连续激光和脉冲激光可通过空间合束的方法叠加获得。

本发明中，连续-重频脉冲组合激光在紫外波段、可见光波段或红外波段等波段，其可以根据工作需求进行选择。

优选的，连续激光和脉冲激光的光斑尺寸可一致。如此，连续激光和脉冲激光合束后，两束激光能够聚焦在同一个辐照点上，稳定性更佳。

本发明还公开了一种基于连续-重频脉冲激光的激光辐照加强系统，包括连续激光产生模块、脉冲激光产生模块、空间合束模块和辐照模块。连续激光产生模块用于产生连续激光。脉冲激光产生模块用于产生脉冲激光，脉冲激光为短脉冲尖峰激光。空间合束模块将连续激光和脉冲激光合束，获得连续-重频脉冲组合激光。

辐照模块将连续-重频脉冲组合激光辐照在待加工物体上。

本发明中，连续激光的功率为数百瓦级(＞100W))；脉冲激光的周期为纳秒级。

表1为一具体实施例的激光及物质的参数设定。

表1

图3为连续和重频脉冲的组合激光辐照物质(铁材料)表面的温度随时间的变化曲线。从图3可以看出，随着激光辐照时间的增加，激光引起物质表面温度增加，激光作用期间，温度不断升高最终趋于稳定。

图4为连续和重频脉冲的组合激光辐照物质(铁材料)表面径向应力和轴向应力的变化曲线。从图中可以看出，物质表面的径向应力和轴向应力随激光辐照时间的增大而不断增大，最终趋于饱和，物质表面的径向应力小于轴向应力，铁材料的拉应力阈值约为170MPa～270MPa，压应力阈值约为200MPa，随着辐照时间的增加，铁材料在激光辐照约数秒后，其表面轴向压应力强度大于材料的抗压应力阈值，物质表面发生损伤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。