光纖激光器本質(zhì)上有別于其它類型的
激光器;在光纖激光器中,產(chǎn)生激光的激活介質(zhì)實(shí)際上散布在光纖自身內(nèi)部。這一特點(diǎn)將其與通過(guò)光纖傳導(dǎo)的激光器區(qū)別開(kāi)來(lái),后者只是簡(jiǎn)單地將光束從激光諧振腔通過(guò)光纖傳輸?shù)綄?dǎo)光元件上。光纖激光器是目前為止公認(rèn)的在所有激光器當(dāng)中具有最佳聚焦性能的激光器類型。
hM>.xr vg"*%K$a 光纖激光器奠定了它在工業(yè)激光大家族,尤其是在高功率數(shù)千瓦級(jí)產(chǎn)品中的地位,很顯然,早前光纖激光器的相關(guān)限制現(xiàn)已被充分理解,這也促成了激光器更大范圍的發(fā)展。光纖激光器一脈相承的可擴(kuò)展性已經(jīng)被用于將多模光纖激光器的輸出功率放大至50千瓦以上,將單模光纖激光器的功率增大到10千瓦。
=8rNOi Tdz#,]Q 脈沖光纖激光器
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wU 脈沖納秒激光器是最早一種被開(kāi)發(fā)出來(lái)的類型,它們?cè)谏虡I(yè)市場(chǎng)上的成功取代了很大一部分打標(biāo)用的激光器。這種激光器的平均功率現(xiàn)在已經(jīng)被擴(kuò)展到高達(dá)500瓦。另一方面,對(duì)這種光纖激光技術(shù)的深入研究導(dǎo)致了光纖激光器能生成數(shù)納秒的更窄的脈沖寬度、更高的亮度,以及高達(dá)數(shù)兆赫的重復(fù)頻率。保偏光纖激光器現(xiàn)在也被開(kāi)發(fā)應(yīng)用于高效變頻至532納米。近來(lái),具有更長(zhǎng)脈沖寬度的毫秒級(jí)準(zhǔn)連續(xù)波(QCW)激光器也被開(kāi)發(fā)出來(lái)。基于對(duì)光纖激光器的深入研究發(fā)現(xiàn),其優(yōu)點(diǎn)是幾乎可應(yīng)用于宏觀和微觀工業(yè)激光加工的全部范圍。
-okq=9 K_:2sDCaN 納秒脈沖光纖激光器
T5I#7LN# 5Fj9.K~k 通用型的激光打標(biāo)機(jī)和振鏡掃描系統(tǒng)不斷革新,這兩者之間的功能也在互相融合,從而進(jìn)一步增強(qiáng)了應(yīng)用能力。單脈沖能量達(dá)1mJ的Q-開(kāi)關(guān)光纖激光器可以在很多不同的材質(zhì)上打標(biāo),包括從陶瓷到金屬合金以及低熔點(diǎn)聚合物。平均功率增高至50瓦,在脈沖頻率為50kHz時(shí),單脈沖能量為1mJ,M2保持在1.6而未劣化,這些性能在雕刻應(yīng)用中能快速去除金屬材料。新型的打標(biāo)激光器具有小于3s的極短脈沖關(guān)斷時(shí)間,這在某些敏感材料的打標(biāo)應(yīng)用中改善了加工效果。重復(fù)頻率增加后達(dá)到200kHz,而脈沖周期降低到5s。有人認(rèn)為,在這樣高的重復(fù)頻率下,接近脈沖區(qū)間的等離子體會(huì)導(dǎo)致光束對(duì)目標(biāo)的非連續(xù)加工。其中一個(gè)重要的例子就是被打標(biāo)的不銹鋼材料上會(huì)產(chǎn)生氧化層,這在肉眼下是可見(jiàn)的;并且,即使之后經(jīng)過(guò)反復(fù)的高溫高壓處理,氧化層也無(wú)法除去。如果被打標(biāo)的對(duì)象是容易出現(xiàn)問(wèn)題的高反射材料,那么可通過(guò)遠(yuǎn)程光纖放大器(RA)將峰值功率加倍至20千瓦來(lái)解決。
4%_xTo vM$hCV~N 高平均功率的Q-開(kāi)關(guān)光纖激光器
agkKm?xIL 6R$Yh0% 進(jìn)一步的研發(fā)已使緊湊型500瓦平均功率的系統(tǒng)可提供低于100納秒的脈沖寬度。該范圍的激光器都有一個(gè)三級(jí)MOPA配置的全光纖形式。光纖尾纖連接聲光調(diào)制器(AOM)被用來(lái)控制脈沖寬度,范圍從30至2000納秒不等,在此范圍內(nèi)的峰值輸出最高達(dá)1兆瓦。輸出光隔的形式是“光纖到空氣”或“光纖到加工光纖。”
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:5 高脈沖能量——高達(dá)50mJ,小于100納秒的脈沖,可在工件上達(dá)到很高的峰值功率,雖然在脈沖能量增加的時(shí)候必須做出一些妥協(xié)(見(jiàn)圖3)。這些激光器通過(guò)一種聲波或熱震機(jī)制,可有效地去除各種不同類型的表面膜層,這樣就能最大限度地減少對(duì)部件的熱輸入。方形光纖現(xiàn)在也被運(yùn)用到這種激光器中,可以大大提高一些應(yīng)用中的加工效率(見(jiàn)圖4和5)。
$"MVr5q6 wf\7sz MOPFA激光器
kd]CV7(7 ?Pf#~U_ 脈沖光纖激光器的第二大類別就是被稱為MOPFA的種子
半導(dǎo)體二極管主振蕩器光纖功率放大激光器,它們與Q-開(kāi)關(guān)光纖激光器的區(qū)別在于:脈沖上升時(shí)間可能會(huì)更快,脈沖持續(xù)時(shí)間可能更短,脈寬多樣化,脈沖重復(fù)頻率可高達(dá)數(shù)兆赫。
S;D]ym XJy.xI>; 依據(jù)表3所示的
參數(shù)組合,可大大提高峰值功率和功率密度的能力,從而處理打標(biāo)和微加工的任務(wù)。脈沖寬度可降低到10納秒以下,以實(shí)現(xiàn)更高的能量密度。在微加工工藝中,需要在有限的區(qū)域內(nèi)精確地移除少量的材料,這種情況下就可以用這種類型的激光處理。市場(chǎng)需要新型高亮度短脈沖激光器,它具有優(yōu)良的脈沖到脈沖的穩(wěn)定性;但在開(kāi)發(fā)出這種新型激光器之前,對(duì)于特定的微加工過(guò)程的唯一解決辦法往往是:成本較高的二極管泵浦固體激光器,或效率很低的閃光燈泵浦固體激光器。
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