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的在所有激光器當中具有最佳聚焦性能的激光器類型。
:+?W F`ZIc7(.{ 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。
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~.D{ \+evZ{Pu 脈沖光纖激光器
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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。
#pm-nU%|_j "o5gQTwb 納秒脈沖光纖激光器
l:5CM[mZ ~QEXB*X-g' 通用型的激光打標機和振鏡掃描系統(tǒng)不斷革新,這兩者之間的功能也在互相融合,從而進一步增強了應(yīng)用能力。單脈沖能量達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,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應(yīng)用中改善了加工效果。重復(fù)頻率增加后達到200kHz,而脈沖周期降低到5s。有人認為,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)致光束對目標的非連續(xù)加工。其中一個重要的例子就是被打標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。如果被打標的對象是容易出現(xiàn)問題的高反射材料,那么可通過遠程光纖放大器(RA)將峰值功率加倍至20千瓦來解決。
PhI6dB` ZR01<V 高平均功率的Q-開關(guān)光纖激光器
mB|mt+ h<^:Nn 進一步的研發(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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高脈沖能量——高達50mJ,小于100納秒的脈沖,可在工件上達到很高的峰值功率,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)。
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cS1 fO|~Oz<S MOPFA激光器
;~gd<KK Mn }Z9S[ 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)頻率可高達數(shù)兆赫。
,O&PLr8cJ? ]Re~V{uh 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。
1f pS"_} mP$G9R 倍頻綠光光纖激光器
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