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光纤激光器推动产品技术进步

更新时间:2020-06-18 10:02:52
光纤激光器是许多行业制造行业公认的动力,因为它的吞吐量,可靠性和低廉的操作成本使光纤激光器可以用于切割,焊接,打标和微机械材料的机器。特定的设计元素将光纤激光器与工业激光源区分开来,其独特的属性使突破性的制造工艺能力成为可能。具体来说,用于远程焊接的高功率单模激光器和柔性脉冲光纤激光器可通过对操作参数进行电子控制来应对不同的工艺挑战。

光纤激光器在将来自激光二极管的相对较低亮度的泵浦光转换为高亮度输出方面表现出众,该输出光束的质量通常是光纤设计物理学允许的唯一空间模式。即使光纤激光器能够

早在1990年代就已经达到了非常高的输出功率(100 W),在2001年光纤通信市场崩溃之后,可靠的光纤激光器才得以商业化发展。在1990年代,公司花费了数十亿美元来解决将二极管耦合到高可靠性光纤,拼接高功率密度光纤,使组件技术符合海底通信所要求的25年可靠性的基本问题,并降低了这些成本。高性能,高可靠性的组件。

然后,在2000年代初,随着通信市场的消失,技术投资迅速转移并调整为用于工业光纤激光器的设计。

光纤激光器在所有类型的工业激光器中都是独一无二的,因为它具有两个属性:一个密封的光腔和一个单模导波介质。通过设计,现代光纤激光器具有完全密封的光路,不受环境污染,并且无需调整即可保持光学对准。所有内部组件都是光纤耦合或气密光纤耦合,唯一的自由空间接口出现在光束传输光学器件上,该组件包括一个熔融的光束扩展器,可降低第一自由空间接口处的强度。有源光路通常在光纤波导内,该光纤仅允许一种空间模式的传播(当前的光功率高达2 kW)。
高功率光纤激光器在熔融光纤组合器中将单模模块组合到高亮度传输光纤中。 单模波导和完全密封的光学腔的结合提供了一种可靠的激光器设计,该激光器设计在制造时就可以固定和测量,并且随时间和温度的变化最小。密封的泵浦二极管和非裸光纤技术可产生可连续生产多年且无需调整或降低性能的激光器。

在当今许多金属切割和焊接市场中普遍使用的4至8 kW功率水平下,光纤激光器和盘状激光器光源的比较基本上是学术性的。从用户的角度来看,两者都提供几乎相同的功率,光束质量,波长,可靠性和光束传输选项。在此功率范围内选择激光器将基于服务和支持以及增值功能的商业考虑,所有这些都与底层谐振器技术无关。成功的光纤激光器制造商已经解决了使玻璃熔合以承受可熔化或烧蚀金属的强度的工程难题,成功的磁盘激光器制造商已经解决了精密的光学机械热设计以提供稳定的高亮度输出。

圆盘激光器由于不是密封腔,因此与光纤激光器相比具有几个基本优点。腔内频率转换效率高,使磁盘在产生谐波频率(绿色和紫外线波长)时表现更好。 此外,为超快(皮秒和飞秒)激光器设计实施腔体设计更为简单。与光纤激光器相比,圆盘激光器可以实现更高的峰值功率和更高的脉冲能量。这是由于以下事实:光纤激光器必须在竞争的非线性效应(例如受激布里渊散射)的限制内进行设计,而非线性效应是由于光纤波导的累积相互作用长度而出现的。


电池制造涉及各个阶段的金属箔和金属片的连接,从袋到电池到完整的电池组件。由于生产率和焊接强度的原因,相比于超声波和电阻焊,激光焊接正变得越来越受欢迎。另外,激光焊接是非接触过程,不涉及工具磨损。通过利用光纤激光器的亮度和动态功能,可以解决以前认为不可焊接的连接不同金属的特定挑战(1)。
提供超过1 kW的单空间模式输出功率的光纤激光器具有所需的亮度,可以利用检流扫描头的速度和刀具路径灵活性。高斯强度分布允许有效反射甚至反射性金属,并且扫描头的高速点移动限制了焊缝的熔融状态,从而减少了在连接异种金属时形成脆性金属间化合物的现象。
另外,对点的移动施加了螺旋或摆动,以将熔融焊缝“搅拌”到所需的焊缝宽度,以实现所需的焊接强度和电导率。
直到最近,单模激光还不能在单线焊缝中产生足够宽且强度足够的焊缝。然而,使用摆动技术,可以设置参数以达到应用程序的要求,同时利用高斯光束的高亮度和峰值强度。

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