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金属钣金新闻

光纤激光在金属切割领域的应用前景(一)

星之球激光 来源:武汉华俄激光2012-12-11 我要评论(0 )   

自激光诞生以来,产业界就对其优异的性能报以极大的兴趣,并捷足先登获得了应用。预计产业界2011使用的激光器产品销售额超过17亿美元,而激光设备的销售额超过66亿美元...

        自激光诞生以来,产业界就对其优异的性能报以极大的兴趣,并捷足先登获得了应用。预计产业界2011使用的激光器产品销售额超过17亿美元,而激光设备的销售额超过66亿美元。其中,金属加工行业占居绝大部分。

  在金属加工行业,激光的应用已有数十年的历史。长期以来,金属切割领域,1000W以上的CO2激光器占主导地位。近年,以华俄激光为代表的国内激光设备商推出的中功率(500W)灯棒式YAG金属激光切割机获得了市场的广泛的认可,占领了国内低端金属切割机市场。

  但是,无论是CO2还是灯棒式YAG激光,激光的产生原理决定了其性能受到一定的局限。大功率CO2激光器体积庞大,但激光发散角较小,可以采用飞行光路实现切割的工艺要求,但光斑粗大,能量密度低是其很大的弱点。灯棒式YAG激光的光斑能量密度可以做到远小于CO2激光器,但光束发散角很大。即使是国内较具代表性的华俄激光的灯棒式YAG激光,也只能实现半飞行光路,难以做到全飞行光路实现切割的工艺要求。

  具有高效、高能量密度及柔软传输性的激光,是金属切割行业梦寐以求的产品。

  激光器问世不久,美国光学公司(American optical corporation)的Snitzer 和Koester于1963年首先提出光纤激光器和放大器的构思。1966年高锟和Hockham提出了光纤通信的基本概念。1970年后光纤通信经历研究开发阶段(1966-1976),实用化阶段(1977-1986)迅速进入1986年以后的大规模光纤通信建设阶段。随着光通信的迅猛发展,光纤制造工艺与半导体激光器生产技术日趋成熟,为光纤激光器和放大器的发展奠定基础。英国的南安普敦大学和通讯研究实验室、德国汉堡技术大学、美国的Polaroid  Corporation,Bell实验室,日本的NTT、Hoya均在光纤激光器研究中取得许多重要成果。

        前苏联,在光纤激光应用研究方面,曾经有过辉煌的成绩。苏联解体后,大批专家流往国外。其中,俄罗斯人IPG 光子公司的缔造者、董事会主席和执行总裁、光纤激光工业之父 Valentin Gaportsev 博士是其中的皎皎者。他还出任IRE-Polus 研究与技术联盟总监职位,他为俄罗斯培养了一大批激光物理学领域年轻的科学家和专家。我国在此领域也有所惠及,俄罗斯在中国的技术合作企业武汉华俄激光工程有限公司也是引进了俄罗斯专家及技术,在激光切割技术方面成绩显着。

  近年来,大功率光纤激光器不断问市,性能稳定,已经具有了很高的实用价值,并且最大功率达1万瓦;单模输出功率高达1000W,光束质量非常好,M2小于1.1。

  光纤激光器的基本结构与固体激光器的结构基本相同。它具有如下主要特点:

 

        (1)光纤作为导波介质,纤芯直径小,纤内易形成高功率密度,可方便地与目前的光纤通信系统高效连接,构成的激光器具有高转换效率、低阈值、高增益、输出光束质量好和线宽窄等特点;

  (2)由于光纤具有极好的柔绕性,激光器可设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小、易于系统集成、性能价格比高;#p#分页标题#e#

        (3)由于光纤具有很高的“表面积/体积”比,散热效果非常好,所以光纤激光器可以工作在-20~70℃的环境温度内,不需要庞大的水冷系统,只需简单的风冷即可,且可在恶劣的环境下工作,如在高冲击、高震动、高温度、有灰尘的条件下正常运转;

  (4)具有相当好的可调谐参数和选择性,能获得宽调谐范围(380nm~3900nm)和相当好的单色性和高稳定性,使用寿命长,平均无故障工作时间在10kh甚至100kh以上;

  (5)采用特殊的器件结构可获得高功率输出或超短脉冲输出。

 

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