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深度解讀

激光器之單模、多模解析

星之球科技 來源:東莞市力星激光2021-06-30 我要評論(0 )   

光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器,光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來。在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度,造成激光工作物質(zhì)...



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光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器,光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來。在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度,造成激光工作物質(zhì)的激光能級“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”,當(dāng)適當(dāng)加入正反饋回路(構(gòu)成諧振腔)便可形成激光振蕩輸出。


激光器也有單模和多模的區(qū)分。光纖激光器應(yīng)用范圍非常廣泛,包括激光光纖通訊、激光空間遠(yuǎn)距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻激光打標(biāo)激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接(銅焊、淬水、包層以及深度焊接)、軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè),作為其他激光器的泵浦源等。


眾所周知,光纖激光器所激發(fā)光束的能量分布近似于“高斯分布”。光纖激光器是由泵浦源、多模耦合器 (合束器)、光纖光柵、有源光纖、光束校準(zhǔn)輸出模塊以及無源光纖(能量輸出光纖)等組成。


當(dāng)激光器內(nèi)部只有一個泵浦模塊時,就稱之為單模激光器,而多個泵浦模塊組合在一起,通過合束器讓多束泵浦光進(jìn)入有源光纖中,這樣可以得到更高功率的光束,這種多模塊組合的激光器就是多模激光器。主流的光纖激光器產(chǎn)品中,單模激光器大都為中小功率,而高功率產(chǎn)品則多是多模激光器。


單模的纖芯比較細(xì),發(fā)出的是典型的高斯光束,能量非常集中,類似陡峭的山峰,光束質(zhì)量也要優(yōu)于多模;多模相當(dāng)于是多束高斯光束的組合,所以能量分布近似一個倒扣的杯子,比較平均,當(dāng)然光束質(zhì)量較單模也要差一些。


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根據(jù)不同的特性表現(xiàn),單模和多模在具體應(yīng)用方向也有所不同。比如,在1mm及以下不銹鋼/碳鋼薄板的切割中,單模的加工效率明顯優(yōu)于多模(單模快15%-20%),且切割質(zhì)量相近;而在2mm及以上的厚板切割中,無論是質(zhì)量還是效率,高功率的多模激光器都表現(xiàn)更好。


應(yīng)用于激光焊接領(lǐng)域,熱傳導(dǎo)焊中,單模激光器可以得到更加均勻平滑的焊縫,所以一些薄材的焊接都采用單模激光器,比如軟包動力電池成組時極耳的疊焊;而在深熔焊中,多模激光器能得到深寬比更優(yōu)的焊縫,例如方形動力電池組Bus-Bar的焊接。


特別注意的是,激光器的單模和多模是選擇光纖激光器的一個重要依據(jù)。光纖激光器以其高電光轉(zhuǎn)換效率、高穩(wěn)定性、高光束質(zhì)量和低使用成本等優(yōu)點,在激光加工領(lǐng)域正越來越受市場歡迎,且作為一種極優(yōu)質(zhì)的光源,近年來成本也在不斷下降,所以傳統(tǒng)的固體及氣體激光器市場都在不斷被光纖激光器所代替。


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