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中国碟片激光器世界第二不惧光纤激光器挑战

  近日,记者来到武汉梅曼科技,只见厂房里排放着5台光纤激光切割设备,都已订货即将启运。而两位工人现场演示光纤激光器30秒切割出“龙”型钢片,灵动精致,让记者大开眼界。

  该公司总经理王文军介绍,与中科院西安光机所合作,开发出400—1000W光纤激光器,实现了光、机、电完全自主知识产权,获得了第十四届中国高交会“优秀产品奖”;同时,生产的千瓦级工业光纤激光器系列产品成为客户竞相追逐的“香饽饽”,产品供不应求,市场覆盖北京、上海、江苏、浙江、广东等13个省市,还远销到欧洲。王文军还表示,该公司2013年目标是完成销售300台激光设备,实现销售收入1.5个亿。

  武汉梅曼科技有限公司是一家从事激光加工高端装备研发、生产和销售的民营高新技术企业,两年时间就进入高速发展期,实现了光纤激光器碟片激光器产业化,成为激光技术产业奇葩,这主要得益于产学研结合,抢占激光科技核心技术高地。

  此前,该公司与华中科技大学激光加工国家工程研究中心合作,不仅开发出了1000W、2000W碟片激光器,还于2012年年底,完成了由中国工程院院士、中国科学院理化技术研究所研究员许祖彦,中科院长春光机所研究员王立军等8位国内激光领域著名专家组成,许祖彦主持的4千瓦碟片激光器项目验收工作。该项目的成功研制,填补国内空白,成为继德国通快公司之后,全球拥有碟片激光器技术核心并实现产业化的第2家企业。

验收会现场

  同时,该公司今年将着力碟片激光器市场开发,碟片激光器实现了高光束质量、高平均功率、高稳定性的完美结合,适用于高端激光焊接系统,在钢铁、汽车、船舶、航空世纪城具有广泛的应用,市场潜力巨大,年销售可望达到100台。

  一、碟片激光器及其在工业中的应用

  碟片激光器(Disk Laser),又称圆盘激光器,它与传统的固体激光器的本质区别在于激光工作物质的形状。将传统的固体激光器的棒状晶体改为碟片晶体,这一创新理念将固体激光器推向了一个新时代。碟片激光器以其极佳的光束质量和转换效率在工业制造业中得到了日益广泛的应用。

  激光器设计过程的一个重要问题是激光工作物质的冷却,冷却效果直接关系到激光器的质量。如图1所示,由于传统的棒状激光晶体只能侧面冷却,即冷却须通过晶体棒的径向热传导来实现,因此棒内温度呈抛物线形型分布,导致在棒内形成所谓的热透镜。这种热透镜效应会严重影响激光束的质量,并随抽运功率的变化而变化。抽运功率越大,热透镜效应越大,热透镜的焦距越短,激光甚至可能由稳态变为非稳态,从而严重限制了固体激光器向高功率方向的发展。

  图1 作为激光工作物质的棒状晶体(a)与碟片晶体(b)的比较

  碟片激光晶体的厚度只有200斗m左右,抽运光从正面射入,而冷却在晶体的背面实现。因为晶体很薄,径厚比很大,因此可以得到及时有效的冷却,这种一维的热传导使得晶体内的温度分布非常均匀,因此碟片激光晶体从根本上解决了上述热透镜问题,大大改善了激光束质量、转换效率及功率稳定性。

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