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金屬鈑金新聞

YAG激光器與光纖激光器在切割領域中對比分析

來源:聯品激光2016-12-29 我要評論(0 )   

一、YAG激光器 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。

 一、YAG激光器

 

        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) 1.06μm YAG激光器、倍頻YAG激光器、拉曼頻移YAG激光器(λ=1.54μm)和可調諧YAG激光器(如色心激光器)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(能量)不同,可分為(wei) 高功率和中小功率YAG激光器等。

  在激光加工行業(ye) 一般使用1.06μm的YAG激光器,按照泵浦方式的區別又分為(wei) 燈泵YAG和半導體(ti) 側(ce) 泵YAG。在應用中,激光加工係統將波長為(wei) 1064nm的脈衝(chong) 激光束經過擴束、反射、聚焦後,直接輻射在待加工材料表麵,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,燒蝕材料表麵或者使材料熔融,從(cong) 而通過數控係統實現預定軌跡的切割、焊接、打孔。

 相對於(yu) 光纖激光器的優(you) 點

        1、YAG晶體(ti) 損傷(shang) 閥值高,可以實現較大的單脈衝(chong) 能量和較高的峰值功率,應用範圍更寬;

  2、價(jia) 格便宜,YAG激光器是一種發展了幾十年的激光器,技術成熟,價(jia) 格也相對便宜,但隨著光纖激光器的普及,這個(ge) 優(you) 勢也越來越弱;

  3、器件維護更換相對簡單。


二、光纖激光器

        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(芯徑一般為(wei) 9-62.5um)、中間為(wei) 低折射率矽玻璃包層(芯徑一般為(wei) 125um)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(直徑9um+0.5um),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(50um+1um),可傳(chuan) 多種模式的光,但其模間色散較大,傳(chuan) 輸的光不純。

        光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為(wei) 增益介質的激光器,光纖激光器可在光纖放大器的基礎上開發出來:在泵浦光的作用下光纖內(nei) 極易形成高功率密度,造成激光工作物質的激光能級“粒子數反轉”,當適當加入正反饋回路(構成諧振腔)便可形成激光振蕩輸出。光纖激光器的大部分器件都可以通過光纖來實現,是一種實現了95%以上光路實現光纖化的產(chan) 品。根據摻雜的稀土元素的不同(Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等),光纖激光器可以實現不同的波長,在激光加工行業(ye) 一般使用的是摻鐿的1064nm光纖激光器。
 

相對於YAG激光器的點:

     1、光纖的可繞性所帶來的小型化、集約化優(you) 勢。

        2、細長的光纖具有降低的體(ti) 積麵積比,散熱快、損耗低。

        3、由於(yu) 光纖激光器的諧振腔內(nei) 無光學鏡片,具有免調節、免維護、高穩定性的優(you) 點,這是傳(chuan) 統YAG激光器無法比擬的。

        4、光纖導出,使得激光器能輕易勝任各種多維任意空間加工應用,使機械係統的設計變得非常簡單。

        5、勝任惡劣的工作環境,對灰塵、震蕩、衝(chong) 擊、濕度、溫度具有很高的容忍度。

        6、高的電光效率:綜合電光效率高達20%以上,大幅度節約工作時的耗電,節約運行成本。


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) 側(ce) 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 109W/cm2

     光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。


與傳統激光切割機相比,光纖切割的優點:

  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。

        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。

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