侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

光纤激光器的发展及应用领域

2015-04-14 00:22
论恒
关注

  大功率光纤激光切割机将是第三代最先进的工业加工、印刷、通信、医疗、化工,尤其是国防使用的重要器件。国际上普遍采用光纤激光技术于造船、汽车制造行业进行焊接、切割、打孔等工艺操作。欧美发达国家中,有50%-70%的汽车零部件采用激光加工。美国建造新的船舶广泛使用激光焊接一些高强度,低合金钢的T型构件。为了使船舶平板适应海洋流体力学要求,这些构件都被设计成三维曲率形状,而此种造型只有用光纤激光器加工才能实现。用激光辅助平板造型技术,完全可以取代费时、费力而且还有一定危险性的机械加热成型工艺。日本Kawasaki重工造船业,德国的Meyer&Werft造船厂等都安装了大功率的激光加工系统,并且抓紧开发2kW,6kW和更高如10kW光纤激光加工系统。欧洲正在加强光纤激光器的研发力度,由德国弗劳恩霍夫材料和光束技术研究所启动了一个“领先的光纤激光器技术”的重大项目,投资1700万欧元研制新型光纤激光器,并使其功率超过千瓦级。

  光纤激光器这样高速度发展是由于光纤激光器的双包层结构和包层泵浦技术的成功,以及半导体激光工艺的成熟,光纤光栅的刻划和多元耦合器的实现有力地推动了光纤激光器的发展,使光纤激光器的技术快速提升,并很快发展到千瓦级功率输出。

  目前,使用最广泛的是掺杂稀土材料的激光介质,包括掺杂Yb3+,Nd3+,Er3+,Ho3+,Tm3+等离子材料。最普遍的掺Yb3+离子光纤激光器,在970~978nm半导体激光泵浦下,发出1.0~1.61μm的激光,英国南安普顿大学已经制备出1800W高功率激光器。此外,南安普顿大学还对掺Er3+光纤激光器进行了长时间研究,制造出了激光波长位于通信窗口的Er3+光纤激光器,其输出功率达到150W。美国NPPhotonoics公司,亚利桑那大学也制造出性能优良的掺Er3+光纤激光器,并且进行了实际应用。最近,位于美国马萨诸塞州牛津市的IPG公司设计出准连续高脉冲能量YSL-600/6000-QCM-AC型号的光纤激光器,平均功率600W,最高峰值功率6000W,最大脉冲持续时间10ms,最大占空比10%,其转换效率达到30%,可进行快速加工、焊接、打孔等工艺操作。

  SPI公司推出RedPower400W单模和平顶多模光纤激光器。特别适合切割和焊接薄型和中型金属工件。长崎造船厂将美国IPG公司生产的l0kW光纤激光器和电弧进行复合焊接,显著提高了船舶焊接质量,降低了成本,提高了经济效益。

  人眼安全波长的高功率光纤激光器的发展也很快,主要以掺Tm”和掺Ho”离子为主,它们的激光波长范围在1.5-1.6μm和2.0μm附近。采用掺Nd3+YAG激光器的1.06μm泵浦掺Tm3+的石英光纤,已经实现了2.038μm激光输出。美国NPPhotonics公司在掺Tm的锗酸盐玻璃中泵浦出1.7-2.017μm的激光,美国的NorhtropGrumman利用合成组束方法,在掺Tm3+光纤激光器中输出了608W的2.04μm的激光。人们应用Tm3+,Ho3+和Er3+共掺方法,实现了中红外波段的激光输出,其波长范围为2.0-2.8μm。但是,对于发射3.0-3.5μm的中红外光纤激光器的研究还处于探索中,只有低温下才能实现激光输出。

  除了应用掺杂稀土材料制造激光介质之外,人们已经开始运用过渡金属离子研制光纤激光器。俄罗斯科学院,日本大阪大学都对掺Bi2+离子激光器特性进行了研究。并制备出1.1-1.5μm的光纤激光器,而且对于其它过渡族金属离子的激光器特性也进行了实验,例如Ni2+,Cr4+等元素也都受到了研究者的重视。

  德国弗劳恩霍夫激光技术研究所制造出了平均功率400W的飞秒光纤激光器,创下了光纤飞秒激光输出功率的新记录。但是,对于峰值功率已经达到太瓦和拍瓦的飞秒光纤激光器,还不能达到完美实用化的要求,尤其是要增大它的有效模面积、增加介质掺杂浓度和耦合效率,进一步提高它的性能参数,以加快其实用化进程。

  我国的光纤激光器的应用和产业化发展也很快。尤其是国家提出要加快培育和发展战略性新兴产业的决定,更加有力地提升了光纤激光器技术的产业发展。西安光机所研制出全光纤激光器,输出功率达到1000W,并对功率合成技术有了较大的发展;武汉瑞科公司生产了新的15W和30W脉冲光纤激光器特别适合于高速打标、硅片划线等工艺;南开大学,华南理工大学都进行了掺Er3+光纤的研究,取得长足的进展;上海团结普瑞玛公司的OLPC1530平面激光切割机,已经在航天、汽车、电器兵器工业、包装印刷等不同领域应用。大族激光的B3015LS一2000激光切割机,切割速度达到19m/min,在汽车制造、厨具加工等行业都有着很大的市场潜力;华工激光,法力莱Walc系列大幅面数控光纤激光与等离子共轨切割机,对厚板、中板都能一次上料完成切割;南京四开电子企业有限公司与清华大学合作,研制出五轴联动激光加工机床,光纤激光器的转换效率可达到30%。武汉楚天激光集团股份有限公司制备出的大型光纤激光器切割机成功用于升空的神舟七号飞船,还在军工加工中做出重要贡献。武汉的华工科技成立了军用激光技术研究所,他们利用光纤激光器进行激光打标、激光焊接、激光切割、激光精密修调、激光表面处理及其它军工方面的工艺操作。

  总之,国内的一些公司已经广泛地使用光纤激光器开展了许多领域的应用,而且还在不断地扩展中,光纤激光器的应用在国内形成了一个很大的市场,具有巨大的发展潜力。但是,我国的光纤激光器发展很晚,落后于国际的研发水平,在国内所有这些大公司中,几乎全部使用国外进口的光纤激光器。因此,开展具有独立知识产权的激光材料研究和光纤激光器的制备研究,尤其是开展光子晶体光纤激光器的研究,是十分紧迫的,具有重大的科学价值和经济效益的。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号