現在,光纖激光器是由很長的摻雜雙包層光纖和高可靠性、多模、單發光體(ti) 半導體(ti) 激光器組成,該半導體(ti) 激光器為(wei) 光纖外包層提供泵浦光。這些單發光結構的半導體(ti) 二極管的壽命高出條行結構的半導體(ti) 二極管10到100倍,是高可靠性和免維護運行的關(guan) 鍵所在。目前,基於(yu) 相同可靠性設計的通訊產(chan) 品用的半導體(ti) 泵浦激光器在5W、25度室溫下測試說明MTBF值超出20萬(wan) 小時。此外,在與(yu) 其他種類相同功率單模(TEM00)激光器相比,光纖激光器具有獨特的優(you) 勢,特別在工業(ye) 應用領域。主要包括:高牆插(電源)效率、緊湊設計、易於(yu) 進行光傳(chuan) 輸和冷卻係統集成以及能提供長達1萬(wan) 小時連續出光而無須任何人為(wei) 看管的免維護運行。
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(Nd激光係統)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。現在光纖激光器的應用定位包括:選擇性的焊接、標刻、各類藝術成像、退火、微機械器件的折曲、1~2mil不鏽鋼部件的切割等應用。
標刻應用
光纖激光標刻係統占地空間很小,而且完全免維護。光纖激光器的卓越光模式質量特別適合在高精度的標刻應用。帶有光束準直裝置的單模光纖和集成的光學聚焦係統提供了易於(yu) 集成長達7m距離的光束傳(chuan) 輸係統。
一套光纖激光打標係統可以由一個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 功率為(wei) 25W的光纖激光器,一或兩(liang) 個(ge) 用來導光到工件上的掃描頭以及一台控製掃描頭的工業(ye) 電腦組成。這種設計比用一個(ge) 50W激光器分束到兩(liang) 個(ge) 掃描頭上的方式高出達4倍以上的效率。該係統最大打標範圍是175x295mm,光斑大小是35um,在全標刻範圍內(nei) 絕對定位精度是+/-100um。100mm工作距離時的聚焦光斑可小到15um。內(nei) 陷的手動變焦光學係統使得聚焦光斑可以根據需要擴大到150um而不需移動掃描頭。
材料處理的應用
光纖激光器的材料處理是基於(yu) 材料吸收激光能量的部位被加熱的熱處理過程。1um左右波長的激光光能很容易被金屬、塑料及陶瓷材料吸收。
用一個(ge) 25W光纖激光器以150mm/Sec的速度在不鏽鋼上雕刻字符和商標。薄的不鏽鋼箔能用15W的光纖激光器以750mm/sec的速度進行雕刻。陽極電鍍處理過的鋁片經25W激光功率雕刻後則顯現出很高的對比度。這裏,激光能量僅(jin) 僅(jin) 把鍍在上麵的有色薄塗層“吹”走而露出下麵空白的金屬。另外一個(ge) 精密的層移除應用是用高能量密度的激光標刻汽車發動板或電子鍵盤中的背光照明手柄和按鍵。這裏,高聚焦性能適合這類高精密的塗敷層的材料移除應用。
相比於(yu) 典型的調Q的燈泵或半導體(ti) 泵固體(ti) 激光係統的“非一致性”標刻,用連續光纖激光器製成的標刻係統被廣泛應用於(yu) 非“入侵”性的標刻中。這對於(yu) 在半導體(ti) 封裝上的膜層打標是十分重要的。調Q的固體(ti) 激光器都會(hui) 可能產(chan) 生“非一致性”的打標深度和寬度;而且,由於(yu) 傳(chuan) 統Q開關(guan) 激光器的高能量和短脈衝(chong) 缺點,標記效果可能發生變形,這些變形可能導致微斷裂,從(cong) 而危及工件的壽命和性能。用連續光纖激光器做的標記根本上不會(hui) 有變形。
材料彎曲的應用
光纖激光成型或折曲是一種用於(yu) 改變金屬板或硬陶瓷曲率的技術。集中加熱和快速自冷切導致在激光加熱區域的可塑性變形,永久性改變目標工件的曲率。研究發現用激光處理的微彎曲遠比其他方式具有更高的精密度,同時,這在微電子製造中是一個(ge) 很理想的方法。
連續光纖激光器為(wei) 硬盤驅動器工業(ye) 在24/7生產(chan) 環境中提供了一種高性能和高可靠的工具來精確彎曲半導體(ti) 、陶瓷和金屬組件。精細可控的光纖激光光束滿足了磁盤驅動器廠家的需求,為(wei) 其在一係列更小的裝置上提供更加精確和重複性能的彎曲方法。其他的優(you) 點包括在生產(chan) 過程中不需要保護裝置或耗材,使得生產(chan) 投資達最小。
激光切割的應用
在醫療器械工業(ye) 中,激光微切割存在巨大的需求。目前用於(yu) 這領域的主要是低廉的燈泵固體(ti) 激光器。可是,為(wei) 滿足不斷要求提高的成品率、激光可靠性能以及更少人工維護的需求,對是否繼續保留這種傳(chuan) 統的激光係統來適應現代工業(ye) 應用的生產(chan) 環境提出了嚴(yan) 峻的挑戰。光纖激光器的橫空問世,提供了很多優(you) 點來維持高增長和高產(chan) 量。單模光纖激光器不需要反射鏡對焦,不再需要閃光燈的更換,完全免維護,緊湊的風冷設計又節約了昂貴的超淨廠房空間。
隨著光纖激光器的功率不斷攀升,光纖激光器在工業(ye) 切割方麵得以被規模化應用。比如:用快速斬波的連續光纖激光器微切割不鏽鋼動脈管說明了這是一款卓越的微切割工具。在切割實驗中,簡單的泵浦二極管激發允許斬波頻率高達3000HZ。由於(yu) 它的高光束質量,光纖激光器可以獲得非常小的聚焦直徑和由此帶來的小切縫寬度正在刷新今天醫療器件工業(ye) 的標準。
總結:
光纖激光器,一個(ge) 緊湊,風冷,“嵌入式”的器件,幾乎適合所有的生產(chan) 線,並具有持續多年不需更換部件和維護的設計等特點。極高的光束聚焦性能提供了超高的功率密度使得在有效的工作距離裏享有更廣範圍的應用。
然而,這些激光器最令人興(xing) 奮的前景,是由他固有的輕便和積木式的現代光纖激光概念帶來的可觀的成本節約。隨著市場需求量的增長和生產(chan) 工藝的流水線化,半導體(ti) 泵浦激光器和光纖組件的生產(chan) 成本將會(hui) 大大降低,將會(hui) 使得光纖激光器的成本與(yu) 等效的傳(chuan) 統激光係統成本相比更低。
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