【正文】 W2800 W CW3100 W CW輸出功率范圍100 700 W100 1400 W200 2100 W300 2800 W300 3100 W標(biāo)準(zhǔn)功率時焦點尺寸 x [mm] x [mm] x [mm] x [mm] x [mm]焦距66 mm 66 mm 66 mm 66 mm66 mm 摘自特種加工手冊1. 若不給自己設(shè)限，則人生中就沒有限制你發(fā)揮的藩籬。Rofin激光器公司的半導(dǎo)體激光器DL系列是基于半導(dǎo)體單元冷卻與堆棧技術(shù)的優(yōu)化，Rofin公司的DL系列半導(dǎo)體激光器可以達(dá)到與傳統(tǒng)氣體或固體激光器相競爭的功率。表414為各類型半導(dǎo)體激光器性能對照。隨著市場需求量的增長和生產(chǎn)工藝的流水線化，半導(dǎo)體泵浦激光器和光纖組件的生產(chǎn)成本將會顯著降低，光纖激光器的成本與等效的傳統(tǒng)激光系統(tǒng)成本相比更低。其功率范圍在1kW～50kW之間，可工作在連續(xù)或高達(dá)20kHz的脈沖調(diào)制模式下，電光轉(zhuǎn)換效率高于25%。極高的光束聚焦性能提供了超高的功率密度，使其在有效的工作距離內(nèi)享有更廣的應(yīng)用范圍。與其他激光器一樣，光纖激光器由產(chǎn)生光子的增益介質(zhì)、使光子得到反饋并在增益介質(zhì)中進(jìn)行諧振放大的光學(xué)諧振腔和激勵光躍遷的泵浦源三部分組成，其基本結(jié)構(gòu)與固體激光器的結(jié)構(gòu)基本相同。高功率CO激光器CO激光器的波長為5mm，它具有的主要優(yōu)點：①波長5mm，為CO2激光波長的l/2，發(fā)散角為CO2激光的l/2，聚焦后，能量密度比CO2激光高4倍；②許多材料對5mm波長的吸收率很高，對激光加工極為有利；③CO激光的量子效率接近100%，而CO2激光只有40%，其電效率比CO2激光提高20%。HeNe激光器的放電電極多采用冷陰極形式，冷陰極材料多用濺射率小、電子發(fā)射率高的鋁或鋁合金。毛細(xì)管處于增益介質(zhì)工作區(qū)，因此毛細(xì)管的尺寸和質(zhì)量是決定激光器輸出性能的關(guān)鍵因素。單橫模輸出功率在50mW/m量級水平。圖416是工業(yè)用的XeCl激光系統(tǒng)，在250Hz重復(fù)頻率下的脈沖能量為600mJ。準(zhǔn)分子激光器的基本結(jié)構(gòu)與CO2激光器相同，可以調(diào)諧運轉(zhuǎn)。部分產(chǎn)品參數(shù)見表411圖415 Rofin DC Slab CO2激光器 表411 DC系列CO2激光器ROFIN DC 010ROFIN DC 020ROFIN DC 030ROFIN DC 040激勵形式高頻高頻高頻高頻輸出最大功率(KW)1234輸出功率范圍(KW)—1—2—3—4光束質(zhì)量K因子KKKK脈沖頻率(Hz)05K05K05K05K準(zhǔn)分子激光器準(zhǔn)分子激光器的工作物質(zhì)是準(zhǔn)分子氣體，準(zhǔn)分子是一種在激發(fā)態(tài)復(fù)合成的分子，而在基態(tài)則離解成原子的不穩(wěn)定地締合物。圖413 準(zhǔn)封離型CO2激光器新型的擴(kuò)散冷卻的CO2激光器采用氣體密封的形式，激光器具有緊湊的結(jié)構(gòu)，可以采用水冷和風(fēng)冷的方式，典型產(chǎn)品如Rofin公司DC系列Slab CO2激光器。此外，在流動型CO2激光器中還有螺旋流動型、橫流圓筒結(jié)構(gòu)CO2激光器等。橫流激光器中氣壓高，光腔流道截面面積大，流速也相當(dāng)高，所以橫流CO2激光器輸出功率大。(a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)圖411 快速軸流CO2激光器快速軸流激光器的技術(shù)關(guān)鍵是使氣體高速循環(huán)的羅茨泵，要求泵的流速高，振動小，噪音低，泵所需容量等于激活區(qū)域除以氣體流過激活長度的時間。因此廢熱的排除和工作氣體的冷卻是保證高功率激光器連續(xù)運轉(zhuǎn)的必要條件。圖410給出了應(yīng)用工業(yè)加工的6kW的CO2激光系統(tǒng)。在簡諧近似條件下，CO2分子的3種基本振動近似簡諧振動，并且3種振動模相互獨立運動。并且CO2激光器種類繁多，性能各異，給高功率激光的工業(yè)提供了有效的手段。脈沖輸出能量達(dá)數(shù)萬焦耳，脈沖寬度可壓縮到毫微秒級，脈沖功率密度高達(dá)1012W，可與高功率固體激光器的水平相媲美。高功率CO2激光器自從1964年研制成功第一臺CO2激光器以來，由于CO2在電光轉(zhuǎn)換效率和輸出功率等方面具有的明顯優(yōu)勢，這種激光器得到了迅猛發(fā)展。氣體激光器的主要優(yōu)點是：1）工作物質(zhì)均勻一致，保證了激光束的優(yōu)良光束質(zhì)量，激光束的相干性、單色性都優(yōu)于固體、半導(dǎo)體激光器。當(dāng)撤出超聲場時，Q值即刻猛增，此時可獲得巨脈沖輸出。電光調(diào)Q是利用在晶體上加電場，使晶體的折射率產(chǎn)生變化的“電光效應(yīng)”原理來實現(xiàn)調(diào)Q的。當(dāng)激光上能級粒子數(shù)達(dá)到最大值(飽和值)時，設(shè)法突然使腔的損耗變小，Q值突增，這時激光振蕩迅速建立。圖47 固體激光器光學(xué)諧振腔激光器調(diào)Q技術(shù)為了壓縮脈沖寬度，提高峰值功率，在脈沖激光器中要使用Q開關(guān)技術(shù)（調(diào)Q），Q開關(guān)是一種在激光諧振腔內(nèi)，通過快速切斷和導(dǎo)通激光光路，來調(diào)制激光頻率的裝置，以聲光調(diào)Q為例，示意圖見圖48。（a）為平行平面光學(xué)腔，該腔的兩面反射鏡如果不是嚴(yán)格平行，光在鏡面間經(jīng)幾次反射后，就會從鏡子邊緣漏出，該結(jié)構(gòu)不適于實用化的激光器。3）系統(tǒng)考慮：冷卻要求、聚光腔的尺寸、重量及制造成本，都是影響總體設(shè)計的重要因素。這類聚光腔的主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，在實際中很少采用。用螺旋燈泵浦時，通常在螺旋燈外包一個陶瓷漫反射器，見圖44（a），在螺旋形和同軸閃光燈泵浦系統(tǒng)中，泵浦光傳輸效率由燈內(nèi)徑和棒直徑之比決定。(a)大偏心率(b)小偏心率(c)緊耦合(d)焦外(e)單橢圓(f)雙橢圓(g)多橢圓圖44 橢圓柱聚光腔2）緊耦合非聚焦聚光腔。在激光二極管泵浦的情況下，為進(jìn)一步提高光－光轉(zhuǎn)換效率，有時也需要聚光腔。短的二極管陣列特別適于端面泵浦，陣列條常用于側(cè)面泵浦板條或棒狀固體激光器。當(dāng)前，隨著激光二極管的市場的需求量的持續(xù)增加和大規(guī)模自動化生產(chǎn)線的建立，二極管的價格逐步下降，激光二極管泵浦固體激光器將得到廣泛應(yīng)用。激光二極管的輸出可以與固體激光器介質(zhì)的吸收帶相一致，激勵效率大為提高，熱效應(yīng)顯著降低。15%177。表48列出國內(nèi)廠家的連續(xù)泵浦氪燈電源。表47為部分氪燈的尺寸參數(shù)。交流電源 充電 電路儲能放電電路燈預(yù)燃電路控制電路觸發(fā)電路圖42 脈沖固體激光器電源框圖目前國內(nèi)生產(chǎn)脈沖氙燈的電源的廠家很多，表46為武漢新特光電技術(shù)有限公司的脈沖激光電源的參數(shù)表。脈沖氙燈的放電過程是隨時間急劇變化的過程，它的燈電阻、端電壓和電流都隨時間變化。目前泵浦光源最常用的是惰性氣體放電燈和激光二極管[2]。表44為使用這三種工作物質(zhì)的固體激光器的主要工作參數(shù)。釹玻璃激光器屬四能級系統(tǒng)，具有較寬的熒光譜線，熒光壽命長，易積累粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而獲得大能量輸出，容易加工。使用這三種激光物質(zhì)的激光器的性能特點見表43。3）結(jié)構(gòu)緊湊、牢固耐用、使用維護(hù)比較方便，價格也比氣體激光器低。并且固體激光器的輸出波長多在可見光區(qū)段或近紅外光區(qū)段，很容易用某些晶體倍頻，獲得可見光甚至紫外光波段光波。用于工業(yè)材料加工的主要有固體激光器、CO2激光器等幾種激光器。產(chǎn)生和維持激光振蕩、改善輸出激光的質(zhì)量。為激活粒子提供寄存場所的材料稱為基質(zhì)，它們可以是固體或液體。具體原理見表42 表42 激光器組成激光工作物質(zhì)包括激活粒子與基質(zhì)。受激輻射躍遷發(fā)出的光波稱為受激輻射， 激光產(chǎn)生的過程激光產(chǎn)生的過程是：在受激輻射躍遷的過程中，一個誘發(fā)光子可以使處在上能級的發(fā)光粒子產(chǎn)生一個與該光子狀態(tài)完全相同的光子，這兩個光子又可以去誘發(fā)其它發(fā)光粒子，產(chǎn)生更多狀態(tài)相同的光子。由原子自發(fā)躍遷發(fā)出的光波稱為自發(fā)輻射。目前激光的微細(xì)加工成為研究熱點和發(fā)展方向。激光材料增長加工激光材料增長加工主要包括激光焊接、激光燒結(jié)和快速成形技術(shù)。激光束不僅可以聚焦，而且可以聚焦到波長級光斑，使用這樣小的高能量光斑可以進(jìn)行微區(qū)加工。激光束易于聚焦、發(fā)散和導(dǎo)向，可以很方便地得到不同的光斑尺寸和功率大小，以適應(yīng)不同的加工要求。激光束照射到物體的表面是局部區(qū)域，雖然在加工部位的溫度較高，產(chǎn)生的熱量很大，但加工時的移動速度很快，其熱影響的區(qū)域很小，對非照射的部位