光纖激光器

   一、原理:光纖通常是以SiO2為(wei) 基質材料拉成的玻璃實體(ti) 纖維,主要廣泛應用於(yu) 光纖通訊,其導光原理就是光的全內(nei) 反射機理。普通裸光纖一般由中心高折射率玻璃芯、中間為(wei) 低折射率矽玻璃包層和最外部的加強樹脂塗層組成。

   光纖可分為(wei) 單模光纖和多模光纖。單模光纖:中心玻璃芯較細,隻能傳(chuan) 一種模式的光,其模間色散很小,具有自選模和限模的功能。多模光纖:中心玻璃芯較粗,可傳(chuan) 多種模式的光,但其模間色散較大,傳(chuan) 輸的光不純。

   二、優(you) 點:光纖激光器具有體(ti) 積小、能耗低、壽命長、穩定性高、免維護、多波段、綠色環保等特征,它以優(you) 越的光束質量、穩定的性能、超高的光電轉換效率,贏得了眾(zhong) 多激光業(ye) 內(nei) 人士的肯定。光纖激光器以其超高的可靠性,卓越的光束質量,低廉的運行成本,為(wei) 激光加工行業(ye) 建立了新的標準。

   它增益介質長、耦合效率高、散熱好、結構簡單緊湊、使用靈活方便、輸出激光光束質量好且輸出波長範圍寬。

   1．高功率光纖激光器都是雙包層光纖,泵浦光打到外包層上,能量被吸收,再部分轉換為(wei) 激光,因此包層的材料和結構對光纖激光器的影響很大,目前各國已研製出各種形狀的光纖,有圓形的、D形的、矩形的、非穩腔形、梅花形、正方形、平麵螺紋形等。

   2．無需熱電冷卻器這種大功率的寬麵多模二極管可在很高的溫度下工作,隻需簡單的風冷,成本低。

   3．很寬的泵浦波長範圍高功率的光纖激光器內(nei) 的活性包層光纖摻雜了鉺/鐿稀土元素,有一個(ge) 寬且又平坦的光波吸收區,因此,泵浦二極管不需任何類型的波長穩定裝置

   4．效率高泵浦光多次橫穿過單模光纖纖芯,因此其利用率高。

   5．高可靠性,采用杈纖直接熔接耦合進行側(ce) 泵,一無需任何光學元件,二可避免損傷(shang) 光纖端麵,三是容易提高泵源的注入。新穎的蜈蚣式側(ce) 泵方式:光纖兩(liang) 側(ce) 生許多纖杈與(yu) LD尾纖直接熔接,從(cong) 各個(ge) 不同點進行單個(ge) 泵浦,可避免強激光單點引起的非線性效應和模式惡化。

   采用多個(ge) 高功率LD單管代替LD集成陣列作泵浦源,一可提高光源的模式,二是易於(yu) 泵源的散熱提高壽命,三有利於(yu) 維修更換。采用發光麵很寬的LD作為(wei) 泵源可大大降低LD發光點所承受的光功率密度提高其壽命,一般可達100,000小時。

   應用:光纖激光器隻消耗相當於(yu) 1%的燈泵激光器所需電能,同時其效率是半導體(ti) 泵固體(ti) 激光器的兩(liang) 倍以上。

   更高的效率、更長的使用壽命、更少的維護結合起來使得光纖激光器的擁有者的成本富有極強的吸引力。光纖激光器在那些要求近紅外高光束質量的激光器應用中大有用武之地。他們(men) 會(hui) 對小的聚焦光斑、高的功率密度有特殊的興(xing) 趣,如桌麵式的生產(chan) 。一束100W的激光輸出光斑可以被聚焦到5um那麽(me) 小,這相當於(yu) 亮度是109W/cm2。

   纖激光器應用範圍非常廣泛,包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業(ye) 造船、汽車製造、激光雕刻、激光打標、激光切割、印刷製輥、金屬非金屬鑽孔、切割、焊接、光纖激光器可作為(wei) 軍(jun) 用激光信標光源;在海軍(jun) 裝備中,光纖激光器可用作對潛通訊、探測魚雷、測量海深、水下傳(chuan) 感及海基光控武器。軍(jun) 事國防安全、醫療器械儀(yi) 器設備、大型基礎建設等等。

   缺點:價(jia) 格比較高,通常僅(jin) 限製在金屬加工領域,而在非金屬加工中不太可能有所作為(wei) 。比如塑料、紙張或布料等材料。這些行業(ye) 將繼續由CO2激光器統治與(yu) 傳(chuan) 統激光切割機相比,光纖切割的優(you) 點它既可做平麵切割,也可做斜角切割加工,且邊緣整齊、平滑,適用於(yu) 金屬板、玻璃等高精度的切割加工。比起普通二氧化碳激光切割機更節省空間和氣體(ti) 消耗量,光電轉化率高,是節能環保的新產(chan) 品,也是世界上領先技術產(chan) 品之一。

   光纖激光切割機具有極高的電光轉換效率,其電光轉換效率達25%,比傳(chuan) 統激光切割機的電光轉換效率高出數倍,而綜合運行費用卻僅(jin) 為(wei) 傳(chuan) 統激光切割機的15%。同時,光纖激光切割機體(ti) 積較小,其激光發生器的占地麵積不到1平方米,整體(ti) 占地麵積約50平方米,為(wei) 傳(chuan) 統激光切割機的三分之二。

二、YAG激光器　　

   1． 原理:YAG激光器是以釔鋁石榴石晶體(ti) 為(wei) 基質的一種固體(ti) 激光器。釔鋁石榴石的化學式是Y3Al5O15,簡稱為(wei) YAG。和其他固體(ti) 激光器一樣,YAG激光器基本組成部分是激光工作物質、泵浦源和諧振腔。

   不過由於(yu) 晶體(ti) 中所摻雜的激活離子種類不同,泵浦源及泵浦方式不同,所采用的諧振腔的結構不同,以及采用的其他功能性結構器件不同,YAG激光器又可分為(wei) 多種,例如按輸出波形可分為(wei) 連續波YAG激光器、重頻YAG激光器和脈衝(chong) 激光器等;按工作波長分為(wei) 1．06μmYAG激光器、倍頻YAG激光器、拉曼頻移YAG激光器和可調諧YAG激光器等;按摻雜不同可分為(wei) Nd:YAG激光器、摻Ho、Tm、Er等的YAG激光器;以晶體(ti) 的形狀不同分為(wei) 棒形和板條形YAG激光器;根據輸出功率不同,可分為(wei) 高功率和中小功率YAG激光器等。

   固體(ti) 激光切割機將波長為(wei) 1064nm的脈衝(chong) 激光束經過擴束、反射、聚焦後,輻射加熱材料表麵,表麵熱量通過熱傳(chuan) 導向內(nei) 部擴散,由數字化精確控製激光脈衝(chong) 的寬度、能量、峰值功率和重複頻率等參數,瞬間使材料熔融汽化蒸發,從(cong) 而通過數控係統實現預定軌跡的切割、焊接、打孔。

   2． 特點:該機光束質量好、具有高效率、低成本、穩定、安全、更精密、可靠性高,集切割、焊接、打孔等多功能為(wei) 一體(ti) ,是理想的精密高效柔性加工設備。

   加工速度快,效率高,經濟效益好,直邊割縫小,切割麵光滑,可獲得大的深徑比和深寬比熱變形極小,可在硬、脆、軟等各種材料上進行加工不存在刀具磨損、替換問題,無機械變容易實現自動化,可在特殊條件下實現加工泵浦效率高,可達20%左右隨著效率的提高,激光介質的熱負荷下降,因此大大改善光束質量壽命長,可靠性高、體(ti) 積小,重量輕,適於(yu) 小型化應用。

   3． 應用:適用於(yu) 金屬材料的激光切割、焊接、打孔:如碳鋼、不鏽鋼、合金鋼、鋁及合金、銅及合金、鈦及合金、鎳鉬合金等材料。廣泛應用於(yu) 航空、航天、兵器、艦船、石化、醫療、儀(yi) 表、微電子、汽車等行業(ye) 。不僅(jin) 使加工質量得到提高,而且提高了工作效率;除此之外,YAG激光器還可以為(wei) 科學研究提供一種精確而快捷的研究手段。

   相比於(yu) 其他的激光器

   1．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

   2．它輸出的波長為(wei) 1．06um,恰好比CO2激光波長10．06um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

   3．YAG激光器結構緊湊、重量輕、使用簡便可靠、維修要求較低。

   4．YAG激光器能與(yu) 光纖耦合,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。

   所以,在激光器的選擇上,要考慮到各種參數,以及自身的實際需要,隻有這樣,才能讓激光器發揮出它的最大效能。