1.前言：

任何物質均是由分子 原子組成，進一步分析，在原子裏存在電子 質子中子等微粒子，電子繞原子核轉動距離的不同，可以把原子分成不同的能級。通常把原子處在最低的能級狀態稱為(wei) 基態；能級比基態高的狀態稱為(wei) 激發態。處於(yu) 激發態的原子，在沒有外界信號作用下，自發地躍遷到低能態時產(chan) 生的光輻射，稱之為(wei) 自發輻射。原處於(yu) 高能級E2的粒子，受到外界能量為(wei) （如光照射）的光子的激勵，發出與(yu) 入射光子相同的一個(ge) 光子而躍遷到低能級E1其輻射出的光子頻率由兩(liang) 個(ge) 能級間的能量差來決(jue) 定，即hν=E2 －E1

原子獲得能量後處於(yu) 不穩定狀態（也就是激發狀態），它會(hui) 以光子的形式把能量發射出去。這種通過受激輻射光擴大（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）就是激光名字的由來，激光，就是被引誘（激發）出來的光子隊列，光學特性一樣，步調極其一致

2.激光產(chan) 生

光的受激輻射的放大條件，①激勵能源——把介質中的粒子不斷地由低能級抽運到高能級去；②增益介質——能在外界激勵能源的作用下輻射光子狀態。

光是受根據受激物質的不同可分為(wei) 固體(ti) 激光 氣體(ti) 氣體(ti) 。

YAG激光：固體(ti) 激光，又稱Nd.YAG ，來自(Neodymium-dopedYttriumAluminiumGarnet; Nd：Y3Al5O12)或中文稱之為(wei) 摻釹的雜釔鋁石榴石晶體(ti) ，可激發脈衝(chong) 激光或連續式激光，發射之激光為(wei) 紅外線波長 1.064μm。

光纖激光：固體(ti) 激光，（Fiber Laser）是指用摻稀土元素玻璃光纖（SiO2為(wei) 基質材料拉成的玻璃實體(ti) 纖維）作為(wei) 增益介質的激光器，按激光輸出波長的波段分類為(wei) S-波段(1460~1530 nm)、C-波段(1530~1565 nm)、L-波段(1565~1610 nm)

CO2激光：氣體(ti) 激光，CO2激光器中，主要的工作物質由CO，氮氣，氦氣三種氣體(ti) 組成。其中CO是產(chan) 生激光輻射的氣體(ti) 、氮氣及氦氣為(wei) 輔助性氣體(ti) ，放電時，放電管中的混合氣體(ti) 內(nei) 的氮分子由於(yu) 受到電子的撞擊而被激發起來。這時受到激發的氮分子便和CO分子發生碰撞，N2分子把自己的能量傳(chuan) 遞給CO2分子，CO分子從(cong) 低能級躍遷到高能級上形成粒子數反轉發出激光

碟片激光 ： 固體(ti) 激光 ，(Disk Laser)，又稱圓盤激光器，它與(yu) 傳(chuan) 統的固體(ti) 激光器的本質區別在於(yu) 激光工作物質的形狀。將傳(chuan) 統的固體(ti) 激光器的棒狀晶體(ti) 改為(wei) 碟片晶體(ti) ，這一創新理念將固體(ti) 激光器推向了一個(ge) 新時代。碟片激光器以其極佳的光束質量和轉換效率在工業(ye) 製造業(ye) 中得到了日益廣泛的應用。

半導體(ti) 激光器：(Diode Laser)以一定的半導體(ti) 材料做工作物質而產(chan) 生激光的器件。.其工作原理是通過一定的激勵方式，在半導體(ti) 物質的能帶（導帶與(yu) 價(jia) 帶）之間，或者半導體(ti) 物質的能帶與(yu) 雜質（受主或施主）能級之間，實現非平衡載流子的粒子數反轉，當處於(yu) 粒子數反轉狀態的大量電子與(yu) 空穴複合時，便產(chan) 生受激發射作用，常用工作物質有砷化镓（GaAs）、硫化鎘（CdS）、磷化銦(InP)、硫化鋅(ZnS)

(１)單色性　激光具有其他光源的光所難以達到的、極高的單色性。

(２)方向性　激光束的方向性好，即光線的發散度小。

(３)相幹性　相幹性是區別激光與(yu) 普通光源的重要特性。

(４)能量密度高　激光束也和其他光束一樣，可以通過凸鏡或金屬反射鏡加以聚焦。

3.激光的比較

++最大輸出功率方麵：

1）.光纖激光器達到50kw,

2）YAG固體(ti) 激光器為(wei) 6kw，

3）CO2激光器達到20kw,

4）碟片激光器達到8kw。

++使用比較：

1）YAG激光器輸出的波長為(wei) 1.06um，恰好比CO2激光波長10.06μｍ小一個(ge) 數量級，因而使其與(yu) 金屬的偶合效率高、加工性能良好（一台800W YAG激光器的有效功率相當於(yu) 3KW CO2激光功率）；

2）YAG激光器能與(yu) 光纖偶合，借助時間分割和功率分割多路係統能方便地將一束激光傳(chuan) 輸給多個(ge) 工位或遠程距離工位，便於(yu) 激光加工實現柔性化；

3）YAG激光器能以脈衝(chong) 和連續兩(liang) 種方式工作，其脈衝(chong) 輸出可通過調Q和鎖模技術獲得短脈衝(chong) 及超短脈衝(chong) ，從(cong) 而使其加工範圍比CO2激光更大；

4）YAG激光器結構緊湊、重量輕、使用簡便可靠、維修要求較低，故其應用前景看好。

5） YAG激光器的缺點：

光纖激光器的優(you) 勢：

+ 1、光纖激光切割機光電轉換率高，綜合電光效率高達20%以上，能夠大幅度地節約運行成本；

+ 2、光纖激光器具有免調節、免維護、高穩定性的優(you) 點；

+ 3、光纖激光器使用壽命長，而且維護比較簡單；

+ 4、結構簡單、體(ti) 積占地麵積小。

光纖激光器的缺點：

+1、相位穩定性不容易做好；

+2、不能切割非金屬材料和厚板金屬。

++ BPP（4/5Kw）方麵：Beam Parameter Product (光束參數乘積遠場發散角半角×近場

光束半徑)

1）光纖激光器小於(yu) 2.5，

2）YAG固體(ti) 激光器為(wei) 25左右，

3）CO2激光器達到6，

4）碟片激光器為(wei) 8左右。

++半導體(ti) 泵浦壽命方麵：

1）光纖激光器可連續工作10萬(wan) 小時以上。 2）YAG固體(ti) 激光器可工作1000小時左右、 3）CO2激光器預計在5萬(wan) 小時左右、 4）碟片激光器壽命大約為(wei) 1萬(wan) 小時左右、

++ 維護和操作費用/小時（4/5Kw)方麵：

1）光纖激光器每小時￥2、

2）YAG固體(ti) 激光器每小時￥35、

3）CO2激光器每小時￥20、

4）碟片激光器每小時￥8、

光纖激光是近幾年來得到快速發展的固體(ti) 激光器，其激光器結構獨特並且創新。輸出激光功率達25kW以上的高質量光束。因結構緊湊、維護簡單、運行可靠，已表現出良好的應用勢頭，在相當多的領域正在逐步替代傳(chuan) 統的Nd:YAG激光和CO2激光器。

4. 應用

１)切割速度快，熱影響區小，工件被切部位的熱影響層的深度為(wei) ０.０５～０.１ｍｍ，因而熱畸變形小。

２)割縫窄，一般為(wei) ０.１～１ｍｍ，割縫質量好，切口邊緣平滑，無塌邊，無切割殘渣。

３)切邊無機械應力，工件變形極小。

４)無刀具磨損，沒有接觸能量損耗，也不需更換刀具，切割過程易於(yu) 實現自動控製。

５)激光束聚焦後功率密度高，能夠切割各種材料，如高熔點材料、硬脆材料等。

６)可在大氣中或任意氣體(ti) 環境中進行切割，不需真空裝置。

LBW: laser beam welding

１)激光能量密度高，這對高熔點、高熱導率材料的焊接特別有利。

２)焊縫深寬比大，比能小，熱影響區小，焊件變形小，故特別適於(yu) 精密、熱敏感部件的焊接，常可以免去焊後矯形、加工工藝。

３)一般不加填充金屬。

４)激光可透過透明體(ti) 進行焊接，以防雜質汙染和腐蝕，適用於(yu) 真空儀(yi) 器元件的焊接。

５)焊接係統具有高度的柔性，易於(yu) 實現自動化。