激光加工基本原理-資料下載頁(yè)
2025-06-27 05:33本頁(yè)面
【正文】 硬質(zhì)玻璃制成，對(duì)輸出功率和波長(zhǎng)要求穩(wěn)定性高的器件通常用熱膨脹系數(shù)更小的石英玻璃制作。連續(xù)工作的HeNe激光器多采用直流放電激勵(lì)的方式，起輝電壓和工作電壓與激光器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和放電條件有關(guān)，放電長(zhǎng)度為1m的激光器，起輝電壓在8KV左右；HeNe激光器的工作電流在幾毫安到幾百毫安的范圍內(nèi)。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。為了增加電子發(fā)射面積和降低陰極濺射，陰極通常制成圓筒狀，并有盡可能大的尺寸，陽(yáng)極一般用鎢針制成。近年來(lái)，放電管與反射鏡片、窗片的封接工藝技術(shù)取得顯著的進(jìn)展，目前，用玻璃粉加熱的“硬封接”工藝已替代以往的環(huán)氧樹(shù)脂封貼，提高了密封可靠性，進(jìn)而提高了HeNe激光器的工作和存放壽命。在激光加工系統(tǒng)中，氦氖激光器多用于激光焦點(diǎn)定位，作為指使光使用。高功率CO激光器CO激光器的波長(zhǎng)為5mm，它具有的主要優(yōu)點(diǎn)：①波長(zhǎng)5mm，為CO2激光波長(zhǎng)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(duì)5mm波長(zhǎng)的吸收率很高，對(duì)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%。但CO激光存在兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)：①要想獲得較高的效率，工作氣體必須冷卻到200K左右的低溫；②工作氣體的劣化較快，因此，CO激光器的投資較高，實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用亦較高，故在一定程度上限制了這種激光器的發(fā)展。盡管如此，由于CO激光良好的加工優(yōu)勢(shì)使得它仍然受到人們相當(dāng)?shù)闹匾?，其主要發(fā)展方向?yàn)榭焖倭鲃?dòng)結(jié)構(gòu)，是下一代最有希望的加工激光器之一。 光纖激光器工作物質(zhì)是光纖的激光器叫做光纖激光器，工作物質(zhì)是摻稀土元素的增益光纖，可長(zhǎng)達(dá)幾十米到幾百米。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(lì)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。光纖激光器有稀土元素?fù)诫s(Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等，基質(zhì)可以是石英玻璃、氟化鋯玻璃、單晶)光纖激光器、染料激光器(纖芯、包層或二者加入激光染料)和非線性光纖激光器(利用光纖中的SRS、SBS非線性效應(yīng)產(chǎn)生波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光)等。光纖激光器的激光介質(zhì)本身就是導(dǎo)波介質(zhì)，耦合效率高；光纖芯很細(xì)，纖內(nèi)易形成高功率密度，可方便地與目前的光纖傳輸系統(tǒng)高效連接。光纖激光器是一種緊湊、風(fēng)冷、嵌入式的器件，幾乎適合所有的生產(chǎn)線，并具有持續(xù)多年不需更換部件和維護(hù)等特點(diǎn)。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。光纖激光器的輸出波段可覆蓋400～3400nm的范圍，可用于光纖通訊、光譜研究與測(cè)量、存儲(chǔ)及工業(yè)加工等方面。目前國(guó)際上商業(yè)化的光纖激光器波長(zhǎng)已從800nm擴(kuò)展到2000nm以上，輸出連續(xù)光功率從數(shù)百毫瓦上升到數(shù)千瓦量級(jí)。光纖激光器主要生產(chǎn)廠商有Spectra Physics公司、IPG Photonics公司等。，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%。同一臺(tái)激光器設(shè)備能夠同時(shí)用于高功率和低功率應(yīng)用，如焊接、精密切割等，激光器外形如圖417。 圖417 高功率光纖激光器 YLRHP系列光纖激光器的主要參數(shù)如表413表413 IPG YLRHP高功率激光器主要參數(shù)型 號(hào)YLR1000YLR3000YLR5000YLR10000YLR20000輸出功率(kW)1351020光束參數(shù)乘積(mmmrad)＜＜＜＜5＜12傳輸光纖直徑(181。m)5050100100200電源輸入功率(kW)～410～1217～2035～4070～80調(diào)制頻率(kHz)0～50～50～50～50～5光纖激光器具有的最大優(yōu)勢(shì)是：輕便；積木式的現(xiàn)代光纖激光概念；優(yōu)越的性價(jià)比。隨著市場(chǎng)需求量的增長(zhǎng)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(huì)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。由于光纖是柔性物質(zhì)，可隨意彎曲，又有優(yōu)良的光導(dǎo)性質(zhì)，它的出現(xiàn)代表了一個(gè)新的激光器發(fā)展方向。 大功率半導(dǎo)體激光器 半導(dǎo)體激光器是以半導(dǎo)體材料（主要是化合物半導(dǎo)體）為工作物質(zhì)，以電流注入作為激勵(lì)方式的一種小型化激光器。半導(dǎo)體激光器最早被用于光纖通訊中的光信號(hào)發(fā)射器、條碼閱讀器、光盤刻錄機(jī)等方面。表414為各類型半導(dǎo)體激光器性能對(duì)照。表414 各類型半導(dǎo)體激光器性能對(duì)照表名稱同質(zhì)結(jié)但異質(zhì)結(jié)雙異質(zhì)結(jié)DFB量子阱VCESL制成時(shí)間196219671970197519781979典型材料舉例GaAsGaAs/AlCaAsAlCaAs/GaAsGaAs/AlGaAsGaAs/AlGaAsAlGaInP/InP主要制作方法擴(kuò)散法液相外延法液相外延法離子刻蝕法MBEMOCVDMOCVD特性在半導(dǎo)體材料中實(shí)現(xiàn)受激發(fā)射可在脈沖下工作可連續(xù)工作單縱模運(yùn)行有源區(qū)為量子化尺寸動(dòng)態(tài)單縱模閾值電流密度/Acm21051041031025010工作溫度77K下脈沖工作室溫下脈沖工作室溫下連續(xù)工作室溫下連續(xù)工作可直接在較高溫度下工作室溫下連續(xù)工作缺點(diǎn)閾值電流密度過(guò)高不能脈沖工作不能連續(xù)工作多縱模發(fā)射制作工藝難輸出功率小大功率半導(dǎo)體激光器（輸出功率大于1W）的工作物質(zhì)是一種層狀結(jié)構(gòu)。一般以GaAs為襯底，襯底上覆蓋其他化合物層，這些化合物是由III族（Al、Ga、In）元素和V族（As、P）元素組成的二元、三元或四元半導(dǎo)體類化合物。雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)LD激光器的基本結(jié)構(gòu)如圖418所示：圖418 雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)LD目前大功率半導(dǎo)體激光器不斷引入到工業(yè)應(yīng)用中，這種激光器體積更緊湊、容易水冷并且光電轉(zhuǎn)換效率超過(guò)50%。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(jìng)爭(zhēng)的功率。Rofin半導(dǎo)體激光器的光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)25%，結(jié)構(gòu)緊湊，免維護(hù)。功率范圍達(dá)到750W～3000W。主要應(yīng)用于表面硬化、焊接、熔覆、釬焊、表面處理。表415 Rofin公司DLQ 系列半導(dǎo)體激光器DL 70 QDL 014 QDL 021 QDL 028 QDL 031 Q波長(zhǎng)940 nm + 10 nm940 nm + 10 nm808 nm + 10 nm 、940 nm + 10 nm標(biāo)準(zhǔn)輸出功率 700 W CW1400 W CW2100 W CW2800 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(shí)焦點(diǎn)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(cè)1. 若不給自己設(shè)限，則人生中就沒(méi)有限制你發(fā)揮的藩籬。2. 若不是心寬似海，哪有人生風(fēng)平浪靜。在紛雜的塵世里，為自己留下一片純靜的心靈空間，不管是潮起潮落，也不管是陰晴圓缺，你都可以免去浮躁，義無(wú)反顧，勇往直前，輕松自如地走好人生路上的每一步3. 花一些時(shí)間，總會(huì)看清一些事。用一些事情，總會(huì)看清一些人。有時(shí)候覺(jué)得自己像個(gè)神經(jīng)病。既糾結(jié)了自己，又打擾了別人。努力過(guò)后，才知道許多事情，堅(jiān)持堅(jiān)持，就過(guò)來(lái)了。4. 歲月是無(wú)情的，假如你丟給它的是一片空白，它還給你的也是一片空白。歲月是有情的，假如你奉獻(xiàn)給她的是一些色彩，它奉獻(xiàn)給你的也是一些色彩。你必須努力，當(dāng)有一天驀然回首時(shí)，你的回憶里才會(huì)多一些色彩斑斕，少一些蒼白無(wú)力。只有你自己才能把歲月描畫成一幅難以忘懷的人生畫卷。學(xué)習(xí)
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