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光纤取代CO2激光器 IPG不可能完成

导读: 全球激光加工市场统计数据告诉我们,激光加工销售金额最多,对激光器的输出功率、光束质量要求最高的市场——激光切割平板金属,仍然被轴向流动CO2激光垄断。

  全球激光加工市场统计数据告诉我们,激光加工销售金额最多,对激光器的输出功率、光束质量要求最高的市场——激光切割平板金属,仍然被轴向流动CO2激光垄断。这个市场灯泵激光器的销售金额远比DPL激光、光纤激光高,轴流CO2气体激光器和灯泵固体激光器仍然是高功率、高端激光加工应用的主流激光器。光纤激光器连灯泵激光器都不能取代,更取代不了CO2激光器了。

  一、在激光加工应用中,单模高功率固体激光理论上将取代轴流CO2激光

  单模固体激光器的波长1.06微米比CO2激光器10.6微米小了10倍,如果一台1000瓦固体激光器和1000CO2激光器同是单模,会聚光斑直径相同时,固体激光的束散角比CO2激光小10倍,固体激光的瑞利长度r 要比CO2激光的长10倍。切割同样材料的钢板,固体激光器的锥度要好,而且切割深度更深。如果固体激光选择会聚光斑直径比CO2激光小一倍,瑞利长度比CO2激光长五倍,功率密度增加4倍,这样无论在切割锥度、速度和深度上都应该远优于CO2激光器。

  再来考虑美国波音公司的机载激光武器,它使用的是氧碘激光器,功率2兆瓦,发射天线直径1500毫米,目标摧毁400公里外的起飞段的弹道导弹。我们可以推导出下面的公式:

  p=1.27*P0*( D0)2/(d0*α)2 /L2

  公式中,d0激光束的束腰直径,α是激光束的发射全角,P0激光输出功率;D0发射物镜有效通光孔径,L是物镜到会聚点的成像距离,d是会聚光斑直径。p是会聚光斑的功率密度,单位瓦/(平方厘米)2。

  下面我们分别计算单模氧碘激光器(波长1.315微米)、固体激光器(波长1.06微米)、CO2激光器(波长10.6微米)在100公里处的会聚光斑直径和2兆瓦单模激光功率密度:

  氧碘激光:直径110毫米,功率密度2.1万瓦/平方厘米;

  固体激光:90毫米,功率密度3.1万瓦/平方厘米;

  CO2激光:900毫米,功率密度310瓦/平方厘米。

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