二极管泵浦圆盘激光器将YAG面向新时代

2018-04-12 08:53 作者:平台资讯 来源:ag88环亚国际娱乐平台

  

 

  

 
 
 

 

   什么原因使圆盘形状如此抱负?圆盘激光技能是怎样打破棒状激光器光束质量和固有的光纤长度约束的?答复了这些问题,人们就会了解:圆盘激光器是怎样将YAG激光技能面向一个新时代的。 在谈到二极管泵浦圆盘激光器的时分,许多产品和处理办法都隐含在“圆盘”一词之中。它们的共同形状和处理棒状激光器存在的光束质量和传输问题的才能,使圆盘激光器成了最具有立异含义的挑选。除了改进电功率、光束质量、焦距、离散和光斑巨细等功能之外,用二极管泵浦圆盘激光器进行资料加工时,还有许多显着的长处。

圆盘特征

从二极管泵浦圆盘激光器得到的较高光束质量(与灯泵和二极管泵浦棒状激光器比较)主要与激光介质的散热才能有关。YAG棒(直径约6毫米,长度150毫米)一般用水经过棒的外围,进行循环冷却。这样做的结果是:棒的外围相对较冷,而棒的中心部位依然很热,中心线的温度最高。这个温度差会在棒中引起热梯度和热畸变,然后约束了棒状YAG激光器的光束质量。比较起来,圆盘(直径约14毫米,厚0.2毫米)装在水冷的铜块(热沉)上面, 一起,它还作为一个腔镜。 因为圆盘的面是装在热沉上的,二季度铜价仍值得看好,圆盘又很薄(面积与激光受激体积之比很高),因而冷却功率很高,所发生的热梯度,能够疏忽。别的,与棒状激光器相同,圆盘激光器也能够用串联的办法耦合在一起,以添加它的输出功率。

除了光束质量好许多之外, 与棒状激光器比较,圆盘激光器还有另一个重要的长处:圆盘激光器答应选用较长的光纤来传输光束。虽然要从物理上彻底解说这一现象比较复?但咱们可从以下几个方面作一些简略的阐明。首要,背反射(从工件或从光纤端面发生的)能够返回到激光谐振腔中。这个背反射光可用来进一步泵浦激光资料(棒或圆盘),泵浦量与YAG资料的体积有关。在一个掺镱:YAG(Yb:YAG)的圆盘中,激光资料的体积,比棒状Nd:YAG激光资料的体积(约为4240mm3)小得多。棒的背反射泵浦可能引起极高的峰值功率。这样的峰值功率可能会损坏内部光学元件和光纤电缆。背反射量是光纤长度、光纤芯径和激光功率的函数(光纤越长、纤芯越小、功率越高,发生的背反射就越大)。对圆盘激光器来说,因为它的YAG体积小, 背反射能量发生的激射能够疏忽,因而光纤长度不再受这种现象约束。

圆盘激光器(二极管泵浦棒状激光器也是如此)最终的一个长处是很值得注意的:泵浦圆盘的光能来自二极管激光器。这与灯(如弧光灯)泵激光器比较,长处特别杰出。它们之间的不同是:二极管激光器发生很狭的波长规模(简直悉数光能都对激光有用),而灯的波长规模非常宽,大部分对激光的发生无用,反而发生没有用的热能。这是使圆盘激光器的总电光功率大于15%的根本原因,典型灯泵激光器的总电光功率仅为3%到4%(而二极管泵浦棒状激光器的总电光功率约为10%)。

光束质量方面的优势

在谈及光束聚集才能和激光在工件上的功率密度时,光束质量问题就变得十分重要了。可是,器将YAG面向新时代光束有必要首要被聚集到光纤中,在断定传输光束的光纤巨细时,增材制作工业开展行动计划(2017,光束质量是最重要的要素。光束质量, 有时也称“光束参数积”,或BPP,是光束半径和光束半发散角的积,用毫米-毫弧度表达。 对将光束聚集进光纤而言,光束半径是指聚集光束在光纤入口处的半径,而光束半发散角则等于耦合光束的半角。为了发生较安稳的激光设备,在光纤入口处的聚集光斑有必要小于光纤芯径, 要小到能够用即插即用的方法替换光纤(在现场替换光缆,而无需进行任何调理的才能)。

纤芯直径(φc)与在工件上的聚集光斑(d)有直接联系,因而与也功率密度有关,这种联系可用下式表明:

d =φc (f/fc)

其间,f是聚集光学体系的焦距,fc是准直光学体系的焦距。

因而,纤芯直径越小,聚集光斑的直径也越小。二极管泵浦圆盘激光可是,光有聚集成小光斑的才能是不行的。还要考虑功率密度问题。功率密度(Pd)是指:单位聚集光斑面积的激光功率(P)(面积=πd2/4)

Pd =4 P /πd2

所以,当将二极管泵浦圆盘激光器(Trumpf类型HLD 4002, 在工件上的功率高达4千瓦, 直径光纤为200μm)与灯泵棒状激光器(Trumpf 模型 HL 4006,在工件上的功率高达4千瓦, 直径光纤为600μm)进行光斑巨细和功率密度比较时,光束质量的优越性,就可经过所发生的功率密度或焦距清楚地看出。

较高的功率密度可用来发生高速、较狭的焊缝,或许经过选用长焦距透镜,发生低速、较宽的焊缝。与短焦距透镜比较,选用长焦距透镜的优点是:它使加工光学元件能远离焊接烟雾和溅污, 并且发生了大得多的聚集深度(或较大的加工窗口)。

对焊接使用来说,最有含义的聚集深度联系(景深)是所谓的5%界说。 5%聚集深度(L5%)界说为这样的一个规模,在这个规模内,光斑巨细改变不超越5%。换句话说,假如“在焦点”的光斑为0.1毫米, 聚集深度为5%的话,则光斑巨细不会大于0.105毫米。L5%依赖于聚集光斑巨细(d)、输出光束质量(BQexit)和激光波长(λ,灯泵YAG为1064nm,二极管泵浦圆盘激光器为1030nm),它们之间的联系可用下式表明:

L5% = d2/(6λBQexit)

因而,任何激光器的光束质量可直接阐明它的聚集才能,及光斑巨细、焦距和聚集深度等相关参数。

远距离焊接

几年来,在CO2激光器领域中,焊接零件的共同概念一直在开展。这种焊接进程(它以远距离焊接闻名于世)仅在添加功率并具有很好的光束质量(如Trumpf TLF 6000 HQ,6千瓦激光器,近高斯分布)时,才有可能完成。因为圆盘激光器的光束质量很好,远距离焊接也能够用YAG激光器完成。

不像CO2激光器远距离焊接体系那样,需选用具有飞翔光学元件的桶架式结构来传送光束, YAG远距离焊接可利用纤维光学的光束传送才能,将光耦合到装在机械手上的扫描头上。在CO2和YAG远距离焊接之间有许多不同,在评价任何远距离焊接体系时,这些不同应该考虑。它们也为进一步研讨和剖析供给了头绪。

圆盘激光器的极好光束质量答应光束经过更小直径的光缆传送,二季度受出资拉动机械行业将逐渐因而,在给定的焦距,可发生更小的聚集光斑直径(用于快速加工的功率密度更高), 或许,对给定的聚集光斑巨细,可发生更大的加工景深(更大的加工窗口,更安稳和更远的焊接才能)。

  

  

  

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