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光纖鐳射器推動產品技術進步

釋出時間: 2020-05-22


光纖鐳射器是許多行業製造行業公認的動力↟▩│▩,因為它的吞吐量↟▩│▩,可靠性和低廉的操作成本使光纖鐳射器可以用於切割↟▩│▩,焊接↟▩│▩,打標和微機械材料的機器▩│。特定的設計元素將光纖鐳射器與工業鐳射源區分開來↟▩│▩,其獨特的屬性使突破性的製造工藝能力成為可能▩│。具體來說↟▩│▩,用於遠端焊接的高功率單模鐳射器和柔性脈衝光纖鐳射器可透過對操作引數進行電子控制來應對不同的工藝挑戰▩│。

光纖鐳射器在將來自鐳射二極體的相對較低亮度的泵浦光轉換為高亮度輸出方面表現出眾↟▩│▩,該輸出光束的質量通常是光纖設計物理學允許的唯一空間模式▩│。即使光纖鐳射器能夠

早在1990年代就已經達到了非常高的輸出功率(100 W)↟▩│▩,在2001年光纖通訊市場崩潰之後↟▩│▩,可靠的光纖鐳射器才得以商業化發展▩│。在1990年代↟▩│▩,公司花費了數十億美元來解決將二極體耦合到高可靠性光纖↟▩│▩,拼接高功率密度光纖↟▩│▩,使元件技術符合海底通訊所要求的25年可靠性的基本問題↟▩│▩,並降低了這些成本▩│。高效能↟▩│▩,高可靠性的元件▩│。

然後↟▩│▩,在2000年代初↟▩│▩,隨著通訊市場的消失↟▩│▩,技術投資迅速轉移並調整為用於工業光纖鐳射器的設計▩│。

光纖鐳射器在所有型別的工業鐳射器中都是獨一無二的↟▩│▩,因為它具有兩個屬性☁↟:一個密封的光腔和一個單模導波介質▩│。透過設計↟▩│▩,現代光纖鐳射器具有完全密封的光路↟▩│▩,不受環境汙染↟▩│▩,並且無需調整即可保持光學對準▩│。所有內部元件都是光纖耦合或氣密光纖耦合↟▩│▩,唯一的自由空間接口出現在光束傳輸光學器件上↟▩│▩,該元件包括一個熔融的光束擴充套件器↟▩│▩,可降低第一自由空間介面處的強度▩│。有源光路通常在光纖波導內↟▩│▩,該光纖僅允許一種空間模式的傳播(當前的光功率高達2 kW)▩│。
高功率光纖鐳射器在熔融光纖組合器中將單模模組組合到高亮度傳輸光纖中▩│。 單模波導和完全密封的光學腔的結合提供了一種可靠的鐳射器設計↟▩│▩,該鐳射器設計在製造時就可以固定和測量↟▩│▩,並且隨時間和溫度的變化最小▩│。密封的泵浦二極體和非裸光纖技術可產生可連續生產多年且無需調整或降低效能的鐳射器▩│。

在當今許多金屬切割和焊接市場中普遍使用的4至8 kW功率水平下↟▩│▩,光纖鐳射器和盤狀鐳射器光源的比較基本上是學術性的▩│。從使用者的角度來看↟▩│▩,兩者都提供幾乎相同的功率↟▩│▩,光束質量↟▩│▩,波長↟▩│▩,可靠性和光束傳輸選項▩│。在此功率範圍內選擇鐳射器將基於服務和支援以及增值功能的商業考慮↟▩│▩,所有這些都與底層諧振器技術無關▩│。成功的光纖鐳射器製造商已經解決了使玻璃熔合以承受可熔化或燒蝕金屬的強度的工程難題↟▩│▩,成功的磁碟鐳射器製造商已經解決了精密的光學機械熱設計以提供穩定的高亮度輸出▩│。

圓盤鐳射器由於不是密封腔↟▩│▩,因此與光纖鐳射器相比具有幾個基本優點▩│。腔內頻率轉換效率高↟▩│▩,使磁碟在產生諧波頻率(綠色和紫外線波長)時表現更好▩│。 此外↟▩│▩,為超快(皮秒和飛秒)鐳射器設計實施腔體設計更為簡單▩│。與光纖鐳射器相比↟▩│▩,圓盤鐳射器可以實現更高的峰值功率和更高的脈衝能量▩│。這是由於以下事實☁↟:光纖鐳射器必須在競爭的非線性效應(例如受激布里淵散射)的限制內進行設計↟▩│▩,而非線性效應是由於光纖波導的累積相互作用長度而出現的▩│。


電池製造涉及各個階段的金屬箔和金屬片的連線↟▩│▩,從袋到電池到完整的電池元件▩│。由於生產率和焊接強度的原因↟▩│▩,相比於超聲波和電阻焊↟▩│▩,鐳射焊接正變得越來越受歡迎▩│。另外↟▩│▩,鐳射焊接是非接觸過程↟▩│▩,不涉及工具磨損▩│。透過利用光纖鐳射器的亮度和動態功能↟▩│▩,可以解決以前認為不可焊接的連線不同金屬的特定挑戰(1)▩│。
提供超過1 kW的單空間模式輸出功率的光纖鐳射器具有所需的亮度↟▩│▩,可以利用檢流掃描頭的速度和刀具路徑靈活性▩│。高斯強度分佈允許有效反射甚至反射性金屬↟▩│▩,並且掃描頭的高速點移動限制了焊縫的熔融狀態↟▩│▩,從而減少了在連線異種金屬時形成脆性金屬間化合物的現象▩│。
另外↟▩│▩,對點的移動施加了螺旋或擺動↟▩│▩,以將熔融焊縫“攪拌”到所需的焊縫寬度↟▩│▩,以實現所需的焊接強度和電導率▩│。
直到最近↟▩│▩,單模鐳射還不能在單線焊縫中產生足夠寬且強度足夠的焊縫▩│。然而↟▩│▩,使用擺動技術↟▩│▩,可以設定引數以達到應用程式的要求↟▩│▩,同時利用高斯光束的高亮度和峰值強度▩│。

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