現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，激光加工作為一種新興的加工方式，較之于傳統(tǒng)機(jī)床在生產(chǎn)效率和加工品質(zhì)上有著明顯的優(yōu)勢(shì)，已普及到了諸多行業(yè)。在高速普及的過程中也帶來(lái)了很多實(shí)際操作上的問題，比如：每次測(cè)得的功率值是一樣的，其它相關(guān)部件及加工參數(shù)的設(shè)置也沒有改變，但為什么加工的效果卻有明顯的差別？這是在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常碰到的問題，實(shí)際上這個(gè)問題涉及很多因素，本文將探討其中的一個(gè)主要因素——激光的橫模對(duì)激光加工的影響。
激光既具有粒子的物理特征，同時(shí)也具有電磁波的傳播特性，這也就是常說(shuō)的光的波粒二象性。對(duì)于激光“波”的傳播特性，我們通常把光波場(chǎng)的空間分布分解為沿傳播方向和垂直于傳播方向的橫截面內(nèi)的分布兩個(gè)方向，分別稱之為縱模和橫模。
橫模代表了光波場(chǎng)的橫向分布規(guī)律，對(duì)激光加工影響極大；而縱模主要影響激光的頻率，對(duì)激光加工的影響有限，本文不做討論。
我們通常所說(shuō)的“激光模式”、“模場(chǎng)”等詞語(yǔ)也就是指橫模的光場(chǎng)分布，目前國(guó)內(nèi)外激光器制造商和科研機(jī)構(gòu)普遍采用激光焦點(diǎn)分析儀來(lái)對(duì)激光光斑做具體分析和調(diào)整，對(duì)諸如光斑直徑、能量密度分布、焦點(diǎn)位置以及瑞利長(zhǎng)度、M2值等激光光束的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和分析，以滿足應(yīng)用的具體要求。
圖一是切割用光纖激光器的焦點(diǎn)處光場(chǎng)分布（下列軟件截圖中展示的皆為橫模光場(chǎng)分布）：
激光器為IPG 400W單模激光器，光束分析儀采用德國(guó)PRIMES公司的FocusMonitor光束品質(zhì)分析系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。該模式是接近于基模TEM00的橫模光場(chǎng)分布，能量集中于圓形光斑中心，是激光切割首選的模式。
如果切割采用圖二的模式，其切割效果肯定沒有圖一的好，切割效率也會(huì)明顯降低。該模式是一種多模光場(chǎng)分布，能量分散在圓形光斑80%以上的區(qū)域內(nèi)。如果用于切割，切割速度、切口寬度和粗糙度都比較差。
圖二的光束模式，在同等激光功率下，用于焊接將會(huì)比切割效率高很多。
圖三是焊接用的甜甜圈狀的光場(chǎng)分布，用于一些特定場(chǎng)合。該模式是一種單環(huán)模，也叫準(zhǔn)基模。在焊接應(yīng)用中，單環(huán)模的速度和焊接質(zhì)量要明顯優(yōu)于基模。
高品質(zhì)、高效率的激光加工，必須要有最合適的激光光束。工業(yè)激光器的類型繁多，光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不一，光路結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，光束品質(zhì)受影響的因素越多，這就導(dǎo)致了在使用過程中，光束模式的改變。
武漢東隆科技有限公司，是德國(guó)Primes公司在華的銷售及服務(wù)中心，秉承“服務(wù)創(chuàng)造未來(lái)”的理念，為科研和工業(yè)客戶提供激光光束品質(zhì)診斷分析產(chǎn)品和解決方案。轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。
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