光纖激光器推動(dòng)產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步

發(fā)布時(shí)間: 2020-05-22


光纖激光器是許多行業(yè)制造行業(yè)的動(dòng)力,因為它的吞吐量,可靠性和低廉的操作成本使光纖激光器可以用于切割,焊接,打標和微機械材料的機器。特定的設計元素將光纖激光器與工業(yè)激光源區分開(kāi)來(lái),其屬性使突破性的制造工藝能力成為可能。具體來(lái)說(shuō),用于遠程焊接的高功率單模激光器和柔性脈沖光纖激光器可通過(guò)對操作參數進(jìn)行電子控制來(lái)應對不同的工藝挑戰。

光纖激光器在將來(lái)自激光二極管的相對較低亮度的泵浦光轉換為高亮度輸出方面表現出眾,該輸出光束的質(zhì)量通常是光纖設計物理學(xué)允許空間模式。即使光纖激光器能夠

早在1990年代就已經(jīng)達到了非常高的輸出功率(100 W),在2001年光纖通信市場(chǎng)崩潰之后,可靠的光纖激光器才得以商業(yè)化發(fā)展。在1990年代,公司花費了數十億美元來(lái)解決將二極管耦合到高可靠性光纖,拼接高功率密度光纖,使組件技術(shù)符合海底通信所要求的25年可靠性的基本問(wèn)題,并降低了這些成本。高性能,高可靠性的組件。

然后,在2000年代初,隨著(zhù)通信市場(chǎng)的消失,技術(shù)投資迅速轉移并調整為用于工業(yè)光纖激光器的設計。

光纖激光器在所有類(lèi)型的工業(yè)激光器中都是獨一無(wú)二的,因為它具有兩個(gè)屬性:一個(gè)密封的光腔和一個(gè)單模導波介質(zhì)。通過(guò)設計,現代光纖激光器具有完全密封的光路,不受環(huán)境污染,并且無(wú)需調整即可保持光學(xué)對準。所有內部組件都是光纖耦合或氣密光纖耦合,唯一的自由空間接口出現在光束傳輸光學(xué)器件上,該組件包括一個(gè)熔融的光束擴展器,可降低第一自由空間接口處的強度。有源光路通常在光纖波導內,該光纖僅允許一種空間模式的傳播(當前的光功率高達2 kW)。
高功率光纖激光器在熔融光纖組合器中將單模模塊組合到高亮度傳輸光纖中。 單模波導和完全密封的光學(xué)腔的結合提供了一種可靠的激光器設計,該激光器設計在制造時(shí)就可以固定和測量,并且隨時(shí)間和溫度的變化最小。密封的泵浦二極管和非裸光纖技術(shù)可產(chǎn)生可連續生產(chǎn)多年且無(wú)需調整或降低性能的激光器。

在當今許多金屬切割和焊接市場(chǎng)中普遍使用的4至8 kW功率水平下,光纖激光器和盤(pán)狀激光器光源的比較基本上是學(xué)術(shù)性的。從用戶(hù)的角度來(lái)看,兩者都提供幾乎相同的功率,光束質(zhì)量,波長(cháng),可靠性和光束傳輸選項。在此功率范圍內選擇激光器將基于服務(wù)和支持以及增值功能的商業(yè)考慮,所有這些都與底層諧振器技術(shù)無(wú)關(guān)。成功的光纖激光器制造商已經(jīng)解決了使玻璃熔合以承受可熔化或燒蝕金屬的強度的工程難題,成功的磁盤(pán)激光器制造商已經(jīng)解決了精密的光學(xué)機械熱設計以提供穩定的高亮度輸出。

圓盤(pán)激光器由于不是密封腔,因此與光纖激光器相比具有幾個(gè)基本優(yōu)點(diǎn)。腔內頻率轉換效率高,使磁盤(pán)在產(chǎn)生諧波頻率(綠色和紫外線(xiàn)波長(cháng))時(shí)表現更好。 此外,為超快(皮秒和飛秒)激光器設計實(shí)施腔體設計更為簡(jiǎn)單。與光纖激光器相比,圓盤(pán)激光器可以實(shí)現更高的峰值功率和更高的脈沖能量。這是由于以下事實(shí):光纖激光器必須在競爭的非線(xiàn)性效應(例如受激布里淵散射)的限制內進(jìn)行設計,而非線(xiàn)性效應是由于光纖波導的累積相互作用長(cháng)度而出現的。


電池制造涉及各個(gè)階段的金屬箔和金屬片的連接,從袋到電池到完整的電池組件。由于生產(chǎn)率和焊接強度的原因,相比于超聲波和電阻焊,激光焊接正變得越來(lái)越受歡迎。另外,激光焊接是非接觸過(guò)程,不涉及工具磨損。通過(guò)利用光纖激光器的亮度和動(dòng)態(tài)功能,可以解決以前認為不可焊接的連接不同金屬的特定挑戰(1)。
提供超過(guò)1 kW的單空間模式輸出功率的光纖激光器具有所需的亮度,可以利用檢流掃描頭的速度和刀具路徑靈活性。高斯強度分布允許有效反射甚至反射性金屬,并且掃描頭的高速點(diǎn)移動(dòng)限制了焊縫的熔融狀態(tài),從而減少了在連接異種金屬時(shí)形成脆性金屬間化合物的現象。
另外,對點(diǎn)的移動(dòng)施加了螺旋或擺動(dòng),以將熔融焊縫“攪拌”到所需的焊縫寬度,以實(shí)現所需的焊接強度和電導率。
直到最近,單模激光還不能在單線(xiàn)焊縫中產(chǎn)生足夠寬且強度足夠的焊縫。然而,使用擺動(dòng)技術(shù),可以設置參數以達到應用程序的要求,同時(shí)利用高斯光束的高亮度和峰值強度。

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