光纖激光器

一(yi)、原理:光(guang)纖(xian)通常(chang)是以SiO2為基質材料拉成的(de)(de)玻璃實體纖(xian)維,主(zhu)要廣泛應(ying)用于光(guang)纖(xian)通訊,其導光(guang)原理就是光(guang)的(de)(de)全內反(fan)射機理。普通裸光(guang)纖(xian)一(yi)般由(you)中(zhong)(zhong)心(xin)高折射率玻璃芯、中(zhong)(zhong)間為低折射率硅玻璃包層和外部的(de)(de)加強(qiang)樹脂涂層組成。

光(guang)纖(xian)(xian)可(ke)(ke)分為單(dan)模(mo)光(guang)纖(xian)(xian)和(he)多模(mo)光(guang)纖(xian)(xian)。單(dan)模(mo)光(guang)纖(xian)(xian):中(zhong)心(xin)玻璃芯較細,只能傳一種模(mo)式(shi)的(de)光(guang),其模(mo)間色(se)(se)散很小,具有自選模(mo)和(he)限模(mo)的(de)功能。多模(mo)光(guang)纖(xian)(xian):中(zhong)心(xin)玻璃芯較粗,可(ke)(ke)傳多種模(mo)式(shi)的(de)光(guang),但其模(mo)間色(se)(se)散較大(da),傳輸(shu)的(de)光(guang)不純。

二、優點(dian):光(guang)(guang)纖激(ji)光(guang)(guang)器(qi)具(ju)有體積小、能(neng)耗低(di)、壽(shou)命長(chang)、穩定性(xing)高、免(mian)維(wei)護、多波段、綠色環保等特(te)征,它以優越的(de)光(guang)(guang)束(shu)質(zhi)量、穩定的(de)性(xing)能(neng)、高的(de)光(guang)(guang)電轉換效(xiao)率,贏得了(le)眾多激(ji)光(guang)(guang)業內人士的(de)肯定。光(guang)(guang)纖激(ji)光(guang)(guang)器(qi)以其高的(de)可靠性(xing),好的(de)光(guang)(guang)束(shu)質(zhi)量,低(di)廉(lian)的(de)運(yun)行(xing)成本,為激(ji)光(guang)(guang)加(jia)工行(xing)業建(jian)立了(le)新(xin)的(de)標(biao)準。

它(ta)增益介質長、耦合效率高(gao)、散熱好、結構簡(jian)單緊湊、使用靈活方便、輸出激光光束質量(liang)好且(qie)輸出波長范圍寬。

1．高功率光(guang)(guang)纖(xian)(xian)激光(guang)(guang)器都是雙包層光(guang)(guang)纖(xian)(xian),泵浦光(guang)(guang)打到(dao)外包層上,能(neng)量被吸收(shou),再部分轉換為激光(guang)(guang),因此包層的(de)(de)材(cai)料(liao)和(he)結(jie)構對光(guang)(guang)纖(xian)(xian)激光(guang)(guang)器的(de)(de)影響(xiang)很大,目前(qian)各(ge)國已研制出各(ge)種形狀(zhuang)的(de)(de)光(guang)(guang)纖(xian)(xian),有圓形的(de)(de)、D形的(de)(de)、矩形的(de)(de)、非穩腔形、梅花(hua)形、正方形、平面螺紋(wen)形等。

2．無(wu)需熱電冷(leng)卻(que)器(qi)這種大功率的寬面多模二極(ji)管可在很高(gao)的溫度(du)下工作(zuo),只(zhi)需簡單的風冷(leng),成本低。

3．很(hen)寬(kuan)(kuan)的(de)(de)(de)(de)泵浦(pu)波長范圍高功(gong)率的(de)(de)(de)(de)光(guang)纖(xian)(xian)激光(guang)器(qi)內的(de)(de)(de)(de)活(huo)性包層光(guang)纖(xian)(xian)摻雜(za)了鉺/鐿稀土(tu)元(yuan)素(su),有一個寬(kuan)(kuan)且又平坦(tan)的(de)(de)(de)(de)光(guang)波吸收(shou)區(qu),因(yin)此,泵浦(pu)二極管不需任何類(lei)型的(de)(de)(de)(de)波長穩定裝置。

4．效率(lv)高泵浦光(guang)多(duo)次(ci)橫穿過單模光(guang)纖(xian)纖(xian)芯,因此其利用(yong)率(lv)高。

5．高可(ke)靠性(xing),采用杈纖(xian)直(zhi)接(jie)(jie)熔接(jie)(jie)耦合進(jin)行(xing)側(ce)泵,一無需任何光(guang)學元(yuan)件,二可(ke)避免損傷光(guang)纖(xian)端面,三是容易提高泵源的注入(ru)。新穎(ying)的蜈蚣式(shi)側(ce)泵方式(shi):光(guang)纖(xian)兩(liang)側(ce)生(sheng)許(xu)多纖(xian)杈與LD尾纖(xian)直(zhi)接(jie)(jie)熔接(jie)(jie),從各個(ge)不同點(dian)(dian)進(jin)行(xing)單(dan)個(ge)泵浦,可(ke)避免強激光(guang)單(dan)點(dian)(dian)引起的非線性(xing)效(xiao)應和模式(shi)惡化(hua)。

采用多個(ge)高功(gong)率LD單管代替(ti)LD集成陣(zhen)列作泵浦(pu)源,一可提高光(guang)源的(de)模式,二是易(yi)于(yu)泵源的(de)散熱提高壽(shou)(shou)命,三有(you)利于(yu)維修(xiu)更換。采用發(fa)光(guang)面(mian)很寬的(de)LD作為泵源可大大降低LD發(fa)光(guang)點(dian)所(suo)承(cheng)受的(de)光(guang)功(gong)率密度提高其壽(shou)(shou)命,一般可達100,000小時。

應用:光纖激光器只消(xiao)耗相當于1%的(de)燈泵激光器所需(xu)電能,同時其效率是(shi)半導體(ti)(ti)泵固(gu)體(ti)(ti)激光器的(de)兩倍以(yi)上。

更(geng)高的(de)效(xiao)率、更(geng)長的(de)使(shi)用壽命、更(geng)少(shao)的(de)維(wei)護結合(he)起來使(shi)得光纖激光器的(de)擁有(you)者的(de)成本富(fu)有(you)強的(de)吸引力。

光(guang)纖(xian)激光(guang)器在(zai)那(nei)些要求(qiu)近(jin)紅(hong)外高(gao)光(guang)束質量的(de)(de)激光(guang)器應用中大有(you)用武之地。他們會對(dui)小的(de)(de)聚(ju)焦光(guang)斑(ban)、高(gao)的(de)(de)功率密度有(you)特殊(shu)的(de)(de)興趣,如桌面式的(de)(de)生產。一(yi)束100W的(de)(de)激光(guang)輸出光(guang)斑(ban)可以被聚(ju)焦到(dao)5um那(nei)么小,這相當于亮度是109W/cm2。

光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)應用(yong)(yong)范圍非常(chang)廣泛(fan),包括激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)通(tong)訊、激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)空間遠距(ju)通(tong)訊、工(gong)業造船(chuan)、汽車(che)制(zhi)造、激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)雕(diao)刻、激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)打標(biao)、激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)切(qie)割(ge)、印刷制(zhi)輥、金屬(shu)非金屬(shu)鉆孔、切(qie)割(ge)、焊接、光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)可作為軍用(yong)(yong)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)信(xin)標(biao)光(guang)(guang)(guang)源;在海(hai)軍裝備中,光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)可用(yong)(yong)作對(dui)潛(qian)通(tong)訊、探(tan)測魚雷(lei)、測量海(hai)深、水下傳(chuan)感及海(hai)基(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)控武(wu)器(qi)(qi)。軍事(shi)國防安全、醫療器(qi)(qi)械儀器(qi)(qi)設(she)(she)備、大型基(ji)(ji)礎建設(she)(she)等(deng)等(deng)。

缺點(dian):價格比(bi)較高(gao)(gao),通常僅(jin)限制在(zai)(zai)金屬加(jia)(jia)工領域(yu),而在(zai)(zai)非金屬加(jia)(jia)工中不太(tai)可能有所作為。比(bi)如(ru)塑料(liao)、紙張(zhang)或布料(liao)等材料(liao)。這些行業將(jiang)繼續由CO2激光器統治與傳統激光切(qie)(qie)割機相比(bi),光纖切(qie)(qie)割的(de)優點(dian)它既(ji)可做(zuo)平(ping)面(mian)切(qie)(qie)割,也可做(zuo)斜(xie)角切(qie)(qie)割加(jia)(jia)工,且邊緣(yuan)整(zheng)齊、平(ping)滑(hua),適用(yong)于金屬板、玻(bo)璃(li)等高(gao)(gao)精度(du)的(de)切(qie)(qie)割加(jia)(jia)工。比(bi)起(qi)普通二氧化碳激光切(qie)(qie)割機更節省(sheng)空間和氣體消耗量,光電轉(zhuan)化率(lv)高(gao)(gao),是節能環保的(de)新產品(pin)

光(guang)纖激光(guang)切(qie)割機(ji)具有高(gao)的電(dian)光(guang)轉(zhuan)(zhuan)換效(xiao)率(lv),其電(dian)光(guang)轉(zhuan)(zhuan)換效(xiao)率(lv)達25%,比傳(chuan)統激光(guang)切(qie)割機(ji)的電(dian)光(guang)轉(zhuan)(zhuan)換效(xiao)率(lv)高(gao)出(chu)數倍,而(er)綜合運行費(fei)用卻僅(jin)為傳(chuan)統激光(guang)切(qie)割機(ji)的15%。同時(shi),光(guang)纖激光(guang)切(qie)割機(ji)體積較(jiao)小(xiao),其激光(guang)發生器的占地面(mian)積不到1平方(fang)米,整體占地面(mian)積約50平方(fang)米,為傳(chuan)統激光(guang)切(qie)割機(ji)的三分之(zhi)二。

二、YAG激光器

1． 原理(li):YAG激(ji)(ji)光(guang)器是以(yi)釔鋁(lv)石(shi)榴石(shi)晶體(ti)為基(ji)質的一種固體(ti)激(ji)(ji)光(guang)器。釔鋁(lv)石(shi)榴石(shi)的化學式是Y3Al5O15,簡稱(cheng)為YAG。和其他固體(ti)激(ji)(ji)光(guang)器一樣,YAG激(ji)(ji)光(guang)器基(ji)本組成(cheng)部分是激(ji)(ji)光(guang)工(gong)作(zuo)物質、泵浦源和諧振(zhen)腔。

不過由于晶(jing)(jing)體中所摻(chan)(chan)雜的(de)激活離子種(zhong)類不同(tong)(tong),泵浦(pu)源及泵浦(pu)方式不同(tong)(tong),所采用的(de)諧振腔(qiang)的(de)結構不同(tong)(tong),以(yi)及采用的(de)其他功(gong)能(neng)性(xing)結構器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)件不同(tong)(tong),YAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)又可分(fen)為(wei)(wei)多種(zhong),例如按(an)輸出(chu)波(bo)形(xing)(xing)(xing)可分(fen)為(wei)(wei)連續波(bo)YAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、重頻YAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)(he)(he)脈沖(chong)激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等;按(an)工作(zuo)波(bo)長分(fen)為(wei)(wei)1．06μmYAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、倍頻YAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、拉曼頻移(yi)YAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和(he)(he)(he)可調(diao)諧YAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等;按(an)摻(chan)(chan)雜不同(tong)(tong)可分(fen)為(wei)(wei)Nd:YAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)、摻(chan)(chan)Ho、Tm、Er等的(de)YAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi);以(yi)晶(jing)(jing)體的(de)形(xing)(xing)(xing)狀不同(tong)(tong)分(fen)為(wei)(wei)棒(bang)形(xing)(xing)(xing)和(he)(he)(he)板條(tiao)形(xing)(xing)(xing)YAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi);根據(ju)輸出(chu)功(gong)率不同(tong)(tong),可分(fen)為(wei)(wei)高功(gong)率和(he)(he)(he)中小(xiao)功(gong)率YAG激光(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)等。

固體激(ji)光(guang)切(qie)(qie)割機將波長(chang)為1064nm的(de)(de)脈沖激(ji)光(guang)束(shu)經過(guo)擴束(shu)、反射(she)、聚(ju)焦后,輻射(she)加熱材料表面(mian),表面(mian)熱量(liang)通過(guo)熱傳導向(xiang)內部擴散,由(you)數(shu)字化(hua)準確控(kong)制激(ji)光(guang)脈沖的(de)(de)寬度(du)、能量(liang)、峰值(zhi)功率和重復頻率等參(can)數(shu),瞬間使材料熔融汽化(hua)蒸發,從而通過(guo)數(shu)控(kong)系統實現(xian)預(yu)定軌跡的(de)(de)切(qie)(qie)割、焊接、打孔。

2． 特點:該機光束質量好、具(ju)有高效率、低成本(ben)、穩定、安(an)全、更精(jing)(jing)密(mi)、可靠(kao)性高,集切割、焊接、打孔等多功能為一體,是理想的精(jing)(jing)密(mi)柔(rou)性加工設備。

加工速度(du)快,效(xiao)(xiao)率(lv)高,經濟效(xiao)(xiao)益好,直邊(bian)割(ge)縫小,切(qie)割(ge)面(mian)光滑,可(ke)(ke)獲得(de)大的深徑比和(he)深寬比熱(re)變形極小,可(ke)(ke)在硬、脆(cui)、軟等各種材料上進行加工不(bu)存在刀具磨損、替換問題,無機(ji)械變容易實(shi)現自動化,可(ke)(ke)在特殊條件下實(shi)現加工泵浦效(xiao)(xiao)率(lv)高,可(ke)(ke)達20%左右隨著效(xiao)(xiao)率(lv)的提高,激光介質的熱(re)負荷下降,因此(ci)大大改善光束質量壽命長(chang),可(ke)(ke)靠性高、體(ti)積(ji)小,重量輕,適于(yu)小型化應用。

3． 應用:適用于(yu)(yu)金屬材料的(de)激光切割、焊接、打孔:如碳鋼、不銹鋼、合(he)金鋼、鋁(lv)及合(he)金、銅及合(he)金、鈦(tai)及合(he)金、鎳鉬合(he)金等(deng)材料。廣泛應用于(yu)(yu)航空、航天、兵器(qi)(qi)、艦船、石化、醫(yi)療、儀表(biao)、微電(dian)子、汽(qi)車等(deng)行業。不僅使加工質(zhi)量(liang)得到提(ti)高,而且提(ti)高了工作(zuo)效率(lv);除此之外(wai),YAG激光器(qi)(qi)還可以(yi)為科學(xue)研究提(ti)供一種準確而快捷的(de)研究手(shou)段。

相比于其他的激光器

1．YAG激光(guang)器能以脈(mo)沖(chong)和連續兩種方式工(gong)作,其(qi)脈(mo)沖(chong)輸出可通過調Q和鎖模技(ji)術(shu)獲得(de)短(duan)(duan)脈(mo)沖(chong)及超(chao)短(duan)(duan)脈(mo)沖(chong),從(cong)而(er)使其(qi)加(jia)工(gong)范圍比CO2激光(guang)更大

2．它輸出(chu)的波長(chang)為(wei)1．06um,恰(qia)好比CO2激光(guang)波長(chang)10．06um小一個數(shu)量級,因而使其與(yu)金屬(shu)的偶(ou)合效率高、加工性能良好

3．YAG激(ji)光器(qi)結構緊湊、重量輕、使(shi)用簡(jian)便可(ke)靠、維修(xiu)要求較低。

4．YAG激光(guang)器能(neng)與光(guang)纖耦合,借助時間分(fen)(fen)割(ge)和功率分(fen)(fen)割(ge)多路系統能(neng)方(fang)便(bian)地(di)將一束(shu)激光(guang)傳輸給多個(ge)工(gong)位(wei)或遠程距離工(gong)位(wei),便(bian)于激光(guang)加工(gong)實(shi)現柔性化。

所以,在激(ji)光(guang)(guang)器的選擇上,要(yao)(yao)考慮到各種參數,以及自(zi)身的實際需要(yao)(yao),只有這樣,才(cai)能讓(rang)激(ji)光(guang)(guang)器發(fa)揮出它的效能。

（來源：網站，版(ban)權歸原作者(zhe)）