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光纤激光迈入材料加工新世纪

导读: 随着高亮度激光的最新发展,在许多全新的领域中,激光材料加工应用的机会不断增加。

  随着高亮度激光的最新发展,在许多全新的领域中,激光材料加工应用的机会不断增加。我们以技术非常成熟的宝石棒结构固体激光器为例,其相关的两个完全不同的发展方向值得关注。一方面,宝石棒的将其直径扩大,而长度减少为几百个微米,这就成就了盘式激光器。另一方面,将棒的长度加大,直径减小,这就成为光纤激光。

  谈到光纤激光,光纤的长度保证了光束质量接近衍射极限(在给定波长的激光中,理论极限,或最小可能的聚焦尺寸)。这种激光的谐振腔无须进行任何调整,光束质量是被光纤的物理特性所规范。光纤激光除了以上的两大优势之外,还应当了解,其泵浦能量可以通过传输光纤进行耦合,传输至有源光纤或受激光纤,从而免去了二极管泵浦源到光纤激光的光学调整的繁琐的过程。

不同工业激光的光束质量参数(BPP) 与输出功率的关系

  图 1 指出不同工业激光的光束质量参数(BPP) 与输出功率的关系。

  其中BPP 值越小表明光束质量越好。与其它激光相比,光纤激光表现出更好的光束质量(只有在5千到一万瓦范围内略逊于二氧化碳激光器)。在Fraunhofer 我们一致认为,光纤激光具有更为广阔的未来。

  在德国的Dresden, Fraunhofer IWS 以及在美国密执根的Plymouth的IWS 分支机构中我们拥有以下表格中的各种光纤激光可以用于工业加工发展的研究。

  这些光纤激光具备以下特点:体积非常小,在泵浦源与最终的光学聚焦系统之间没有任何需要进行准之调节的零件,无须进行任何调整,很高的电光转换效率 (25-30 %)。此外,光纤激光具有非常优秀的光束质量和超长的泵浦源寿命(超过5万小时)。我们可以使用很小的扩束准直系统,进而可以使用尺寸很小的振镜系统进行高速光束操控。

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