光纖激光器

一(yi)、原理(li):光纖通常是(shi)以SiO2為基(ji)質(zhi)材料拉成(cheng)的(de)玻(bo)璃實體纖維,主要廣泛(fan)應(ying)用于光纖通訊,其導光原理(li)就(jiu)是(shi)光的(de)全內反射(she)(she)機(ji)理(li)。普(pu)通裸光纖一(yi)般(ban)由中心高折射(she)(she)率玻(bo)璃芯、中間為低折射(she)(she)率硅玻(bo)璃包層(ceng)和外部的(de)加強樹脂涂層(ceng)組成(cheng)。

光(guang)纖(xian)可分為單模(mo)(mo)光(guang)纖(xian)和(he)多模(mo)(mo)光(guang)纖(xian)。單模(mo)(mo)光(guang)纖(xian):中(zhong)心(xin)玻璃(li)芯較細,只能(neng)傳(chuan)(chuan)一種(zhong)模(mo)(mo)式的(de)(de)(de)光(guang),其模(mo)(mo)間(jian)色(se)散(san)很(hen)小,具有自選模(mo)(mo)和(he)限模(mo)(mo)的(de)(de)(de)功能(neng)。多模(mo)(mo)光(guang)纖(xian):中(zhong)心(xin)玻璃(li)芯較粗,可傳(chuan)(chuan)多種(zhong)模(mo)(mo)式的(de)(de)(de)光(guang),但其模(mo)(mo)間(jian)色(se)散(san)較大,傳(chuan)(chuan)輸的(de)(de)(de)光(guang)不純。

二、優(you)點:光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器具有體積小(xiao)、能耗低(di)、壽命長、穩定(ding)性(xing)高、免維護、多(duo)波段、綠色環保等特征,它以優(you)越的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)束質量、穩定(ding)的(de)(de)(de)性(xing)能、高的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)電轉換(huan)效率,贏(ying)得(de)了眾多(duo)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)業(ye)內人士的(de)(de)(de)肯(ken)定(ding)。光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器以其高的(de)(de)(de)可靠性(xing),好的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)束質量,低(di)廉的(de)(de)(de)運行成本,為激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)加工(gong)行業(ye)建(jian)立了新的(de)(de)(de)標準。

它增益介質長(chang)、耦(ou)合(he)效率高(gao)、散熱好(hao)、結構簡單緊(jin)湊、使用靈(ling)活(huo)方便、輸出激光(guang)光(guang)束質量好(hao)且(qie)輸出波(bo)長(chang)范(fan)圍寬。

1．高功率(lv)光(guang)纖(xian)激光(guang)器(qi)都是雙(shuang)包層(ceng)光(guang)纖(xian),泵浦光(guang)打(da)到外包層(ceng)上,能量被吸收(shou),再部分轉換為(wei)激光(guang),因此包層(ceng)的(de)材料和結構(gou)對(dui)光(guang)纖(xian)激光(guang)器(qi)的(de)影響很大,目前各國已研制出(chu)各種形(xing)(xing)(xing)狀的(de)光(guang)纖(xian),有圓形(xing)(xing)(xing)的(de)、D形(xing)(xing)(xing)的(de)、矩(ju)形(xing)(xing)(xing)的(de)、非穩(wen)腔形(xing)(xing)(xing)、梅花形(xing)(xing)(xing)、正方形(xing)(xing)(xing)、平面螺紋形(xing)(xing)(xing)等(deng)。

2．無(wu)需熱電冷卻(que)器這種大(da)功率的寬(kuan)面(mian)多模二(er)極(ji)管可在(zai)很高的溫度下工作,只需簡單的風冷,成本低。

3．很寬的泵浦(pu)波長范圍高功率的光(guang)纖(xian)激光(guang)器內(nei)的活性(xing)包層光(guang)纖(xian)摻(chan)雜了鉺/鐿稀土元素,有一(yi)個寬且(qie)又平(ping)坦的光(guang)波吸收區,因(yin)此(ci),泵浦(pu)二極管不(bu)需任何(he)類(lei)型的波長穩定(ding)裝置。

4．效率(lv)高泵浦(pu)光(guang)多次橫穿過單模光(guang)纖纖芯,因(yin)此其利用率(lv)高。

5．高(gao)可靠(kao)性,采(cai)用杈纖(xian)直接熔接耦(ou)合進行(xing)側(ce)泵(beng),一無需任何(he)光(guang)(guang)(guang)學元件,二可避免損傷光(guang)(guang)(guang)纖(xian)端(duan)面(mian),三是容易提高(gao)泵(beng)源的注入。新穎的蜈蚣式側(ce)泵(beng)方式:光(guang)(guang)(guang)纖(xian)兩側(ce)生許多(duo)纖(xian)杈與(yu)LD尾纖(xian)直接熔接,從各個(ge)不同點進行(xing)單個(ge)泵(beng)浦,可避免強激光(guang)(guang)(guang)單點引起的非線性效應和模(mo)式惡化。

采用(yong)多個高功率(lv)LD單管代替LD集成陣(zhen)列作泵浦源(yuan),一(yi)可(ke)提高光源(yuan)的模式(shi),二是易(yi)于(yu)泵源(yuan)的散熱提高壽命,三(san)有利(li)于(yu)維修更換。采用(yong)發(fa)光面(mian)很寬的LD作為泵源(yuan)可(ke)大大降低LD發(fa)光點所承受的光功率(lv)密(mi)度提高其壽命,一(yi)般可(ke)達100,000小時。

應用:光(guang)纖激光(guang)器只(zhi)消(xiao)耗(hao)相當(dang)于1%的燈(deng)泵(beng)激光(guang)器所需電(dian)能(neng),同時其(qi)效率是半導(dao)體(ti)泵(beng)固體(ti)激光(guang)器的兩倍以上。

更(geng)(geng)高的(de)(de)效率、更(geng)(geng)長的(de)(de)使(shi)用壽命、更(geng)(geng)少的(de)(de)維護結合起(qi)來(lai)使(shi)得光(guang)纖激光(guang)器的(de)(de)擁有(you)者的(de)(de)成本富有(you)強(qiang)的(de)(de)吸引(yin)力(li)。

光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器在(zai)那些要求近紅(hong)外高光(guang)(guang)(guang)束(shu)(shu)質量的(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器應用中(zhong)大有用武之地。他們會對小(xiao)的(de)(de)聚焦光(guang)(guang)(guang)斑、高的(de)(de)功率密度有特殊的(de)(de)興趣,如桌面式(shi)的(de)(de)生(sheng)產。一束(shu)(shu)100W的(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)(guang)輸出(chu)光(guang)(guang)(guang)斑可以被聚焦到(dao)5um那么小(xiao),這相當于亮度是109W/cm2。

光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)應用范圍非常(chang)廣泛,包括激光(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)通訊、激光(guang)(guang)(guang)(guang)空間遠距通訊、工業造船、汽(qi)車(che)制造、激光(guang)(guang)(guang)(guang)雕刻、激光(guang)(guang)(guang)(guang)打標、激光(guang)(guang)(guang)(guang)切割(ge)、印刷制輥、金屬(shu)非金屬(shu)鉆孔(kong)、切割(ge)、焊接、光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)可作為軍(jun)用激光(guang)(guang)(guang)(guang)信(xin)標光(guang)(guang)(guang)(guang)源(yuan);在海軍(jun)裝備(bei)中,光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)可用作對潛(qian)通訊、探測(ce)魚雷、測(ce)量海深、水下傳(chuan)感及海基光(guang)(guang)(guang)(guang)控武器(qi)(qi)。軍(jun)事國防安全、醫療(liao)器(qi)(qi)械儀器(qi)(qi)設(she)備(bei)、大型基礎(chu)建設(she)等等。

缺(que)點:價格比(bi)較高,通常僅限制在(zai)金屬(shu)(shu)加(jia)(jia)工(gong)領域,而(er)在(zai)非金屬(shu)(shu)加(jia)(jia)工(gong)中不太可能有所作(zuo)為。比(bi)如塑料、紙張或布料等(deng)材料。這些行業將繼續由CO2激(ji)光(guang)器統(tong)治與傳統(tong)激(ji)光(guang)切割(ge)(ge)機(ji)相比(bi),光(guang)纖(xian)切割(ge)(ge)的優點它既可做(zuo)平面切割(ge)(ge),也(ye)可做(zuo)斜角切割(ge)(ge)加(jia)(jia)工(gong),且(qie)邊(bian)緣整(zheng)齊、平滑(hua),適用于(yu)金屬(shu)(shu)板(ban)、玻璃等(deng)高精(jing)度的切割(ge)(ge)加(jia)(jia)工(gong)。比(bi)起普通二氧化(hua)碳激(ji)光(guang)切割(ge)(ge)機(ji)更節省(sheng)空間和氣體消耗量,光(guang)電轉化(hua)率高,是(shi)節能環保的新(xin)產品

光(guang)(guang)纖激(ji)光(guang)(guang)切(qie)(qie)割機具有高的電光(guang)(guang)轉換效率,其電光(guang)(guang)轉換效率達25%,比(bi)傳統激(ji)光(guang)(guang)切(qie)(qie)割機的電光(guang)(guang)轉換效率高出數倍,而綜(zong)合運行費用卻僅為傳統激(ji)光(guang)(guang)切(qie)(qie)割機的15%。同(tong)時,光(guang)(guang)纖激(ji)光(guang)(guang)切(qie)(qie)割機體(ti)積(ji)較小,其激(ji)光(guang)(guang)發生器的占地(di)面(mian)積(ji)不(bu)到(dao)1平(ping)方米(mi),整體(ti)占地(di)面(mian)積(ji)約50平(ping)方米(mi),為傳統激(ji)光(guang)(guang)切(qie)(qie)割機的三分之二。

二、YAG激光器

1． 原理:YAG激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)是以釔鋁石榴(liu)石晶體為基質的一種固(gu)體激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)。釔鋁石榴(liu)石的化學式是Y3Al5O15,簡稱為YAG。和其他固(gu)體激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)一樣,YAG激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)基本組成部分是激(ji)光(guang)(guang)(guang)工作物質、泵浦源和諧振腔。

不過(guo)由于(yu)晶體(ti)中(zhong)所(suo)摻(chan)雜(za)的(de)激(ji)(ji)(ji)(ji)活離子種類不同(tong)(tong),泵(beng)浦源及泵(beng)浦方式不同(tong)(tong),所(suo)采(cai)用的(de)諧(xie)振(zhen)腔的(de)結構不同(tong)(tong),以及采(cai)用的(de)其(qi)他功能性(xing)結構器(qi)件不同(tong)(tong),YAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)又可(ke)(ke)分(fen)為(wei)(wei)(wei)多種,例如按輸出波形可(ke)(ke)分(fen)為(wei)(wei)(wei)連(lian)續波YAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)、重頻(pin)YAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)和(he)脈沖激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)等;按工(gong)作波長分(fen)為(wei)(wei)(wei)1．06μmYAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)、倍(bei)頻(pin)YAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)、拉曼頻(pin)移YAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)和(he)可(ke)(ke)調(diao)諧(xie)YAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)等;按摻(chan)雜(za)不同(tong)(tong)可(ke)(ke)分(fen)為(wei)(wei)(wei)Nd:YAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)、摻(chan)Ho、Tm、Er等的(de)YAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi);以晶體(ti)的(de)形狀不同(tong)(tong)分(fen)為(wei)(wei)(wei)棒(bang)形和(he)板(ban)條形YAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi);根據輸出功率(lv)不同(tong)(tong),可(ke)(ke)分(fen)為(wei)(wei)(wei)高功率(lv)和(he)中(zhong)小功率(lv)YAG激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)等。

固體激(ji)光切割機將波(bo)長(chang)為1064nm的脈沖(chong)(chong)激(ji)光束經過擴束、反射、聚焦后,輻射加熱材料表面,表面熱量通(tong)過熱傳導向內部擴散(san),由數字化準確控制激(ji)光脈沖(chong)(chong)的寬度(du)、能量、峰值功率(lv)和(he)重復頻率(lv)等參數,瞬間使材料熔(rong)融汽(qi)化蒸(zheng)發,從而通(tong)過數控系(xi)統實(shi)現(xian)預定軌(gui)跡的切割、焊接、打(da)孔。

2． 特點:該機光束質量好、具(ju)有高效率、低成本(ben)、穩(wen)定(ding)、安(an)全、更精密、可(ke)靠性高,集切割(ge)、焊接、打(da)孔等多功能(neng)為一體,是理想的精密柔性加工設備。

加(jia)(jia)工(gong)速度快,效率(lv)高(gao),經濟效益好,直(zhi)邊(bian)割(ge)縫小,切割(ge)面光(guang)滑(hua),可獲(huo)得大(da)的深(shen)(shen)徑比(bi)(bi)和深(shen)(shen)寬比(bi)(bi)熱變形(xing)極小,可在硬、脆、軟(ruan)等各種材(cai)料(liao)上進行加(jia)(jia)工(gong)不存在刀具磨損、替(ti)換問題,無(wu)機械變容易實現(xian)自動(dong)化,可在特殊條(tiao)件下實現(xian)加(jia)(jia)工(gong)泵浦效率(lv)高(gao),可達20%左右隨著(zhu)效率(lv)的提高(gao),激光(guang)介質(zhi)的熱負(fu)荷下降,因此大(da)大(da)改(gai)善光(guang)束質(zhi)量壽命長,可靠(kao)性高(gao)、體積小,重量輕,適(shi)于小型(xing)化應用。

3． 應(ying)(ying)用(yong)(yong):適用(yong)(yong)于(yu)金(jin)(jin)屬材料的(de)激(ji)光切割、焊接、打孔:如碳鋼(gang)(gang)、不銹鋼(gang)(gang)、合金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)、鋁及(ji)合金(jin)(jin)、銅及(ji)合金(jin)(jin)、鈦及(ji)合金(jin)(jin)、鎳鉬合金(jin)(jin)等材料。廣泛應(ying)(ying)用(yong)(yong)于(yu)航空、航天、兵(bing)器、艦(jian)船、石化(hua)、醫(yi)療(liao)、儀表、微電(dian)子、汽車等行(xing)業。不僅使加工質(zhi)量得(de)到(dao)提(ti)高,而(er)且提(ti)高了工作效率;除(chu)此之外(wai),YAG激(ji)光器還可以為(wei)科(ke)學(xue)研究(jiu)提(ti)供一種(zhong)準(zhun)確而(er)快(kuai)捷的(de)研究(jiu)手(shou)段。

相比于其他的激光器

1．YAG激光器(qi)能以脈(mo)沖(chong)和連續(xu)兩種方式工(gong)作,其(qi)(qi)脈(mo)沖(chong)輸出可(ke)通過調(diao)Q和鎖模技(ji)術獲得短脈(mo)沖(chong)及超短脈(mo)沖(chong),從(cong)而使其(qi)(qi)加工(gong)范圍(wei)比CO2激光更(geng)大(da)

2．它(ta)輸出的波長為1．06um,恰(qia)好(hao)比CO2激光(guang)波長10．06um小一個(ge)數量級(ji),因而(er)使其與金屬(shu)的偶合效(xiao)率高、加工性能良(liang)好(hao)

3．YAG激光器結構緊湊(cou)、重量輕、使用簡便可靠、維修要(yao)求較低。

4．YAG激光(guang)器能(neng)與(yu)光(guang)纖(xian)耦合(he),借助時(shi)間分割和功率分割多路系統(tong)能(neng)方便地將一束激光(guang)傳輸給(gei)多個工位(wei)或(huo)遠程距離工位(wei),便于激光(guang)加工實現(xian)柔性化。

所以,在(zai)激光器的(de)(de)選擇上,要考(kao)慮(lv)到各(ge)種(zhong)參(can)數,以及自身的(de)(de)實(shi)際(ji)需(xu)要,只有這樣,才(cai)能(neng)讓激光器發揮出它(ta)的(de)(de)效(xiao)能(neng)。

（來(lai)源：網站，版(ban)權歸原作者）