YAG激光器是以釔鋁石榴石晶體為基質(zhì)的一種固體激光器。釔鋁石榴石的化學(xué)式是Y3Al5O15,簡稱為YAG。
和其他固體激光器一樣,YAG激光器基本組成部分是激光工作物質(zhì)、泵浦源和諧振腔。不過由于晶體中所摻雜的激活離子種類不同,泵浦源及泵浦方式不同,所采用的諧振腔的結(jié)構(gòu)不同,以及采用的其他功能性結(jié)構(gòu)器件不同,YAG激光器又可分為多種,例如按輸出波形可分為連續(xù)波YAG激光器、重頻YAG激光器和脈沖激光器等;按工作波長分為1.06μm YAG激光器、倍頻YAG激光器、拉曼頻移YAG激光器(λ=1.54μm)和可調(diào)諧YAG激光器(如色心激光器)等;按摻雜不同可分為Nd:YAG激光器、摻Ho、Tm、Er等的YAG激光器;以晶體的形狀不同分為棒形和板條形YAG激光器;根據(jù)輸出功率(能量)不同,可分為高功率和中小功率YAG激光器等。
在激光加工行業(yè)一般使用1.06μm的YAG激光器,按照泵浦方式的區(qū)別又分為燈泵YAG和半導(dǎo)體側(cè)泵YAG。在應(yīng)用中,激光加工系統(tǒng)將波長為1064nm的脈沖激光束經(jīng)過擴(kuò)束、反射、聚焦后,直接輻射在待加工材料表面,由數(shù)字化精確控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù),燒蝕材料表面或者使材料熔融,從而通過數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)預(yù)定軌跡的切割、焊接、打孔。
相對于光纖激光器的優(yōu)點:
1、YAG晶體損傷閥值高,可以實現(xiàn)較大的單脈沖能量和較高的峰值功率,應(yīng)用范圍更寬;
2、價格便宜,YAG激光器是一種發(fā)展了幾十年的激光器,技術(shù)成熟,價格也相對便宜,但隨著光纖激光器的普及,這個優(yōu)勢也越來越弱;
3、器件維護(hù)更換相對簡單。
二、光纖激光器
光纖通常是以SiO2為基質(zhì)材料拉成的玻璃實體纖維,主要廣泛應(yīng)用于光纖通訊,其導(dǎo)光原理就是光的全內(nèi)反射機(jī)理。普通裸光纖一般由中心高折射率玻璃芯(芯徑一般為9-62.5um)、中間為低折射率硅玻璃包層(芯徑一般為125um)和最外部的加強(qiáng)樹脂涂層組成。
光纖可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖:中心玻璃芯較細(xì)(直徑9um+0.5um),只能傳一種模式的光,其模間色散很小,具有自選模和限模的功能。多模光纖:中心玻璃芯較粗(50um+1um),可傳多種模式的光,但其模間色散較大,傳輸?shù)墓獠患儭?/p>
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。光纖激光器的大部分器件都可以通過光纖來實現(xiàn),是一種實現(xiàn)了95%以上光路實現(xiàn)光纖化的產(chǎn)品。根據(jù)摻雜的稀土元素的不同(Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等),光纖激光器可以實現(xiàn)不同的波長,在激光加工行業(yè)一般使用的是摻鐿的1064nm光纖激光器。
1、光纖的可繞性所帶來的小型化、集約化優(yōu)勢。
2、細(xì)長的光纖具有降低的體積面積比,散熱快、損耗低。
3、由于光纖激光器的諧振腔內(nèi)無光學(xué)鏡片,具有免調(diào)節(jié)、免維護(hù)、高穩(wěn)定性的優(yōu)點,這是傳統(tǒng)YAG激光器無法比擬的。
4、光纖導(dǎo)出,使得激光器能輕易勝任各種多維任意空間加工應(yīng)用,使機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計變得非常簡單。
5、勝任惡劣的工作環(huán)境,對灰塵、震蕩、沖擊、濕度、溫度具有很高的容忍度。
6、高的電光效率:綜合電光效率高達(dá)20%以上,大幅度節(jié)約工作時的耗電,節(jié)約運(yùn)行成本。
應(yīng)用:
光纖激光器只消耗相當(dāng)于1%的燈泵激光器所需電能,同時其效率是半導(dǎo)體側(cè)固體激光器(Nd激光系統(tǒng))的兩倍以上。更高的效率、更長的使用壽命、更少的維護(hù)結(jié)合起來使得光纖激光器的擁有者的成本富有極強(qiáng)的吸引力。光纖激光器在那些要求近紅外高光束質(zhì)量的激光器應(yīng)用中大有用武之地。他們會對小的聚焦光斑、高的功率密度有特殊的興趣,如桌面式的生產(chǎn)。一束100W的激光輸出光斑可以被聚焦到5um那么小,這相當(dāng)于亮度 109W/cm2
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、光纖激光器可作為軍用激光信標(biāo)光源;在海軍裝備中,光纖激光器可用作對潛通訊、探測魚雷、測量海深、水下傳感及海基光控武器。軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè)等等。
與傳統(tǒng)激光切割機(jī)相比,光纖切割的優(yōu)點:
它既可做平面切割,也可做斜角切割加工,且邊緣整齊、平滑,適用于金屬板、玻璃等高精度的切割加工。比起普通二氧化碳激光切割機(jī)更節(jié)省空間和氣體消耗量,光電轉(zhuǎn)化率高,是節(jié)能環(huán)保的新產(chǎn)品,也是世界上領(lǐng)先技術(shù)產(chǎn)品之一。
光纖激光切割機(jī)具有極高的電光轉(zhuǎn)換效率,其電光轉(zhuǎn)換效率達(dá)25%,比傳統(tǒng)激光切割機(jī)的電光轉(zhuǎn)換效率高出數(shù)倍,而綜合運(yùn)行費(fèi)用卻僅為傳統(tǒng)激光切割機(jī)的15%。同時,光纖激光切割機(jī)體積較小,其激光發(fā)生器的占地面積不到1平方米,整體占地面積約50平方米,為傳統(tǒng)激光切割機(jī)的三分之二。
所以,在激光器的選擇上,要考慮到各種參數(shù),以及自身的實際需要,只有這樣,才能讓激光器發(fā)揮出它的最大效能。
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