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金屬鈑金新聞

光纖激光在金屬切割領(lǐng)域的應(yīng)用前景(一)

星之球激光 來源:武漢華俄激光2012-12-11 我要評論(0 )   

自激光誕生以來,產(chǎn)業(yè)界就對其優(yōu)異的性能報以極大的興趣,并捷足先登獲得了應(yīng)用。預(yù)計產(chǎn)業(yè)界2011使用的激光器產(chǎn)品銷售額超過17億美元,而激光設(shè)備的銷售額超過66億美元...

        自激光誕生以來,產(chǎn)業(yè)界就對其優(yōu)異的性能報以極大的興趣,并捷足先登獲得了應(yīng)用。預(yù)計產(chǎn)業(yè)界2011使用的激光器產(chǎn)品銷售額超過17億美元,而激光設(shè)備的銷售額超過66億美元。其中,金屬加工行業(yè)占居絕大部分。

  在金屬加工行業(yè),激光的應(yīng)用已有數(shù)十年的歷史。長期以來,金屬切割領(lǐng)域,1000W以上的CO2激光器占主導地位。近年,以華俄激光為代表的國內(nèi)激光設(shè)備商推出的中功率(500W)燈棒式Y(jié)AG金屬激光切割機獲得了市場的廣泛的認可,占領(lǐng)了國內(nèi)低端金屬切割機市場。

  但是,無論是CO2還是燈棒式Y(jié)AG激光,激光的產(chǎn)生原理決定了其性能受到一定的局限。大功率CO2激光器體積龐大,但激光發(fā)散角較小,可以采用飛行光路實現(xiàn)切割的工藝要求,但光斑粗大,能量密度低是其很大的弱點。燈棒式Y(jié)AG激光的光斑能量密度可以做到遠小于CO2激光器,但光束發(fā)散角很大。即使是國內(nèi)較具代表性的華俄激光的燈棒式Y(jié)AG激光,也只能實現(xiàn)半飛行光路,難以做到全飛行光路實現(xiàn)切割的工藝要求。

  具有高效、高能量密度及柔軟傳輸性的激光,是金屬切割行業(yè)夢寐以求的產(chǎn)品。

  激光器問世不久,美國光學公司(American optical corporation)的Snitzer 和Koester于1963年首先提出光纖激光器和放大器的構(gòu)思。1966年高錕和Hockham提出了光纖通信的基本概念。1970年后光纖通信經(jīng)歷研究開發(fā)階段(1966-1976),實用化階段(1977-1986)迅速進入1986年以后的大規(guī)模光纖通信建設(shè)階段。隨著光通信的迅猛發(fā)展,光纖制造工藝與半導體激光器生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟,為光纖激光器和放大器的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。英國的南安普敦大學和通訊研究實驗室、德國漢堡技術(shù)大學、美國的Polaroid  Corporation,Bell實驗室,日本的NTT、Hoya均在光纖激光器研究中取得許多重要成果。

        前蘇聯(lián),在光纖激光應(yīng)用研究方面,曾經(jīng)有過輝煌的成績。蘇聯(lián)解體后,大批專家流往國外。其中,俄羅斯人IPG 光子公司的締造者、董事會主席和執(zhí)行總裁、光纖激光工業(yè)之父 Valentin Gaportsev 博士是其中的皎皎者。他還出任IRE-Polus 研究與技術(shù)聯(lián)盟總監(jiān)職位,他為俄羅斯培養(yǎng)了一大批激光物理學領(lǐng)域年輕的科學家和專家。我國在此領(lǐng)域也有所惠及,俄羅斯在中國的技術(shù)合作企業(yè)武漢華俄激光工程有限公司也是引進了俄羅斯專家及技術(shù),在激光切割技術(shù)方面成績顯著。

  近年來,大功率光纖激光器不斷問市,性能穩(wěn)定,已經(jīng)具有了很高的實用價值,并且最大功率達1萬瓦;單模輸出功率高達1000W,光束質(zhì)量非常好,M2小于1.1。

  光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)與固體激光器的結(jié)構(gòu)基本相同。它具有如下主要特點:

 

        (1)光纖作為導波介質(zhì),纖芯直徑小,纖內(nèi)易形成高功率密度,可方便地與目前的光纖通信系統(tǒng)高效連接,構(gòu)成的激光器具有高轉(zhuǎn)換效率、低閾值、高增益、輸出光束質(zhì)量好和線寬窄等特點;

  (2)由于光纖具有極好的柔繞性,激光器可設(shè)計得相當小巧靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、易于系統(tǒng)集成、性能價格比高;#p#分頁標題#e#

        (3)由于光纖具有很高的“表面積/體積”比,散熱效果非常好,所以光纖激光器可以工作在-20~70℃的環(huán)境溫度內(nèi),不需要龐大的水冷系統(tǒng),只需簡單的風冷即可,且可在惡劣的環(huán)境下工作,如在高沖擊、高震動、高溫度、有灰塵的條件下正常運轉(zhuǎn);

  (4)具有相當好的可調(diào)諧參數(shù)和選擇性,能獲得寬調(diào)諧范圍(380nm~3900nm)和相當好的單色性和高穩(wěn)定性,使用壽命長,平均無故障工作時間在10kh甚至100kh以上;

  (5)采用特殊的器件結(jié)構(gòu)可獲得高功率輸出或超短脈沖輸出。

 

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