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)實際上散布在光纖自身內(nèi)部。這一特點將其與通過光纖傳導(dǎo)的激光器區(qū)別開來,后者只是簡單地將光束從激光諧振腔通過光纖傳輸?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。
O^PN{u (*b<IGi; 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。
-u7NBtgUh .SLpgYFL{ 脈沖光纖激光器
(I`lv=R"j bU[_YuJbM 脈沖納秒激光器是最早一種被開發(fā)出來的類型,它們在商業(yè)市場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)被擴展到高達(dá)500瓦。另一方面,對這種光纖激光技術(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)在也被開發(fā)應(yīng)用于高效變頻至532納米。近來,具有更長脈沖寬度的毫秒級準(zhǔn)連續(xù)波(QCW)激光器也被開發(fā)出來。基于對光纖激光器的深入研究發(fā)現(xiàn),其優(yōu)點是幾乎可應(yīng)用于宏觀和微觀工業(yè)激光加工的全部范圍。
l-P6B9e|\ &Yo|Pj 納秒脈沖光纖激光器
NG`Y{QT6N P,xIDj4d 通用型的激光打標(biāo)機和振鏡掃描系統(tǒng)不斷革新,這兩者之間的功能也在互相融合,從而進(jìn)一步增強了應(yīng)用能力。單脈沖能量達(dá)1mJ的Q-開關(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聚合物。平均功率增高至50瓦,在脈沖頻率為50kHz時,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)間的等離子體會導(dǎo)致光束對目標(biāo)的非連續(xù)加工。其中一個重要的例子就是被打標(biāo)的不銹鋼材料上會產(chǎn)生氧化層,這在肉眼下是可見的;并且,即使之后經(jīng)過反復(fù)的高溫高壓處理,氧化層也無法除去。如果被打標(biāo)的對象是容易出現(xiàn)問題的高反射材料,那么可通過遠(yuǎn)程光纖放大器(RA)將峰值功率加倍至20千瓦來解決。
/+*N.D'`t, Fv*QcB9K 高平均功率的Q-開關(guān)光纖激光器
dVk(R9 8 W/3sJc9 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三級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。”
6Xz d>5x cU-A1W 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候必須做出一些妥協(xié)(見圖3)。這些激光器通過一種聲波或熱震機制,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部件的熱輸入。方形光纖現(xiàn)在也被運用到這種激光器中,可以大大提高一些應(yīng)用中的加工效率(見圖4和5)。
fC3T\@(& U{j4FlB MOPFA激光器
|Y8}*C\M.h ?pcbso 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-開關(guān)光纖激光器的區(qū)別在于:脈沖上升時間可能會更快,脈沖持續(xù)時間可能更短,脈寬多樣化,脈沖重復(fù)頻率可高達(dá)數(shù)兆赫。
w3 kkam" Mna
yiJl 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;但在開發(fā)出這種新型激光器之前,對于特定的微加工過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。
8;L;R~Q (@qPyM6~} 倍頻綠光光纖激光器
m"-kkH{I {bADMj1 雖然不是嚴(yán)格意義上的綠光光纖激光器(原因是其激活介質(zhì)并不直接釋放532納米的激光束),此類型的光纖激光器有一些獨特的功能。激
光源提供了較窄范圍的脈沖持續(xù)時間和高達(dá)600 kHz的重復(fù)頻率。單向二次諧波發(fā)生器使用了20毫米的LBO晶體。一個高速數(shù)字伺服回路采用了活性壓電式鏡面。高
光譜亮度的激光源促成了高效的轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)84%的轉(zhuǎn)換效率及大于20%的電光轉(zhuǎn)換效率,且具備升級到355和266納米下高功率的可行性。
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