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淺析:五種激光發生器大比拚

發布時間:2017/9/5     信息來源:http://www.mediaworksasia.com   作者:激光切割機    0

如今有很多不同的激光技術和係統可供選擇,問題通常在於哪種技術能為其提供最佳解決方案。沒有一種激光技術能滿足所有需求,未來的技術發展也不會改變這一點:選擇使用哪種激光是特定的。其實質上是哪種激光最適用於某一既定任務。現今中國激光市場上的固體激光器、半導體激光器和CO2激光器,所有這些激光器適用於各種不同的應用,以不同方式滿足主要的購買準則。

1、固體激光器

 

固體激光器使用增益介質來產生激光光束,通常是釹或摻鐿摻釹釔鋁石榴石晶體(YAG=摻釹釔鋁石榴石)。現在工業激光器的主要類型是碟片激光器、光纖激光器和圓棒激光器。

連續波激光器可提供高功率的動力,而脈衝激光器則產生極短的高能脈衝,對工件產生的熱量降至最小。

YAG激光器發射的光束波長約為1μm,這處於近紅外光譜帶。因此,玻璃光學元件和光纜可以用於光束傳輸。光纜可以在耗能較少的情況下進行超遠距離光束傳輸,從而可以在各種不同地點使用YAG激光器。激光光束聚焦於光纜,並在離開光纖時重新排列,從而再次並行。

由於光束傳輸的靈活性,以及易於集成到其它係統,固體激光器應用於如切割、焊接或電鍍等3D製造加工。盡管在未來二氧化碳激光器的需求將增大,但固體激光器也將越來越多地替代CO2激光器,甚至是在如2D切割等傳統二氧化碳激光器加工領域。

2、碟片激光器

 

碟片激光器的核心是厚度通常不超過0.1mm的小型Yb:YAG薄片。第一台工業碟片激光器於十年前引進。碟片激光器整合了兩種光束源的優點:半導體激光器的高效性和碟片激光器的高光束質量。現今碟片激光器代表著高功率激光器的工業標準,如在汽車或鈑金加工行業。碟片激光器的設計極為簡單:在活動碟片和輸出鏡之間產生激光功率。德國TRUMPF等供應商提供功率高於16kW以及每個碟片功率高達6kW的激光器。除了高功率應用外,碟片激光器具備超高光束質量和穩定性,這也是超短脈衝激光器的基礎。

碟片的模塊化設計形成極強的堅固性以及針對回反光的不靈敏性。碟片激光器是所謂的“低放大率諧振器”。諧振腔內隻有極少部分的激光功率會被輸出鏡所去耦合。因此返回到諧振腔內的背射激光功率就不會對整個係統產生影響,這是相對於其它高功率激光器的一個優勢。

當前的產品使用長壽命泵浦模塊,高轉換效率和近乎零耗材(隻需要水循環),其運營成本低。碟片激光器是一種光電機械係統,因此易於保養維護。和圓棒激光器類似,激光光束能夠簡單地實現多路輸出,而不需要損耗功率或借助外部分束器。

3、光纖激光器

 

在光纖激光器中,活躍的增益介質是摻雜了如鉺、鐿、釹、銩等稀有金屬的光纖,從而可以產生不同的波長。將整個諧振器整合在一個光纖中的理念很簡單,但是這一“多合一設計”的實現卻極具挑戰。所需的所有零部件,如端麵鏡或輸出鏡、隔離器等都被焊接在一起。一台光纖激光器是一個複雜係統,具有數百個這樣的連接,即接頭。由於這一整體式設計,其可服務性變得有限,實際應用中的一個失誤就隻能通過更換激光組件或整個光纖激光器來解決。

和其他固體激光器相反,光纖激光器具有一個“高放大諧振腔”,意味著諧振腔中大部分功率都將通過輸出鏡。因此,回散光功率將對諧振腔係統產生高應力,而由於光纖直徑小,這會將光纖內的功率密度增加到一個危險程度。

現在光纖激光器已經極為常見,也成為如激光打標等低功率脈衝應用以及切割或焊接等高功率應用的一個標準技術。和碟片激光器或半導體激光器一樣,光纖激光器的運營成本低。

4、圓棒激光器、燈管或二極管泵浦

圓棒激光器過去是固體激光器的主要組成部分,甚至是燈或二極管泵浦的高功率連續激光器。現今這一技術通常用於低功率脈衝操作,如焊接或打標,以及作為超短脈衝激光器的基礎。其增益介質通常是Nd:YAG晶體,諧振腔由兩塊反射鏡組成。這一機械設計使其易於維修。

圓棒激光器的主要缺點在於對圓棒的高溫影響將降低光束的質量。其功率轉換效率要比碟片、光纖或半導體激光器技術低得多。但是圓棒激光器仍是點焊或高質量打標等脈衝應用的上好選擇。

5、半導體或二極管激光器

半導體激光器也是固態形式,但是通常被認為是和固體激光器不同的類。如果僅按照已出售激光器數量來排列所有光源,半導體激光器將位居榜首,人們可以在數百萬日用消費品中見到它們的身影,從CD/DVD驅動,激光打印機以及激光指示棒到超市條碼掃描器和擋光板。半導體激光器廣泛應用於信息技術和通信技術,測量技術等。二極管激光器是極其緊湊和穩定的光源,其機械設計也易於維護。半導體既充當活性介質也是諧振腔。半導體激光器沒有任何活動部件,因此不會出現方向偏離。其效率要高於其它任何光源。另外一個好處在於電流與電源直接連接,即使在低閾值電流時激光器也發光。

半導體激光器最大的缺點在於其在高激光功率時光束質量低下。現在的工業半導體激光器局限於少數幾種加工,諸如電鍍、銅焊和越來越多的高功率焊接。因此在未來數年,半導體激光器不太可能使整個材料加工領域發生革命性變化,並取代其它光源。隨著半導體激光器的不斷發展,未來AG亚游集团也會將其應用於切割等需要更高光束質量的應用。

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