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固体激光器的三类光束传输方式及加工光路

导读: 本文介绍固体激光器(SSL)的三类光束传输方式及加工光路,介绍了如何通过使用反射光路来减少热焦点偏移。

  本文介绍固体激光器(SSL)的三类光束传输方式及加工光路,介绍了如何通过使用反射光路来减少热焦点偏移;通过采用双同轴芯光缆能使同一光纤传输两种不同质量的光束,光束质量的改进将如何以一种创造性的方法来提升激光器的灵活性;高质量光束如何更好地利用振镜扫描光路以完成远程焊接。

  控制热焦点偏移

  当激光束的波长为1微米时,保持光路表面洁净非常关键。由于固体激光器的波长比二氧化碳激光器短很多,光路中即便是一个很小的微粒,也会造成重大损害或者功率损耗。如果将一个带相机的零度角(直线型)加工头和一个带照相机的90度角(直角)加工头做比较,很容易看到热焦点偏移的效果。在零度角配置的情况下,为了将可见光反射给相机,需要在透镜和准直仪之间增加一个穿透式光学板。而在90度角配置时,为了反射激光波长和将可见光传递给相机,需要涂覆呈直角形的光路。

  在穿透式镜片里,激光光束穿过光学材料,大约2%的能量会被疏松物质和镜片表面吸收,即便是洁净且精心设计的镜片也不例外。可以预想,1000瓦特的2%是相当容易控制的,但是16000瓦特的2%却难以从材料中消除,因为材料在热消除特性方面不是特别易于传导热量。另一方面,反射式镜片能够将几乎所有的能量都反射出去,只在涂层和表面上有些许损耗,一般不超过0.3%,因此在光学材料环节中损失的热量非常少的。

  对于大功率高负载率激光焊接应用来说,反射式光学加工头是理想的选择。准直透镜和聚焦透镜都已经被替换为反射式光路。而且,在反射式聚焦光路上涂覆了涂层,使可见光传输至位于后面的相机。这让保护盖滑片成为这种配置中唯一可透光的光学部件。图1显示了在大功率应用中反射式光学配置和穿透式光学配置的对比结果。在图中可以看到,热焦点偏移显著减少,特别是在与零度角(直线型)穿透式配置相比时,大功率级别减少了75%的热焦点偏移。

  双芯光纤

  对于许多焊接应用来说,期望的光束质量是平顶形的光束波形,并使用相对大的光斑尺寸来传输中等质量的光束。另一方面,激光切割应用要求非常好的光束质量,通常是高斯分布的波形,可以聚焦至小光斑尺寸。通过使用适合某种应用的光束质量,就可以在最佳的聚焦点进行加工,从而能在功率级别很大时继续保持高质量、快速和高可重复性的焊接和切割,还能容许零件位置、高度和焦点偏移稍有变化。要想达到这一目的,通常必须使用两根独立的光纤。

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