什么是高反？

一般來講，高反指的是由于加工材料電阻率較小，表面較為光滑，對近紅外激光的吸收率較低，如圖所示，為常見金屬元素的吸收系數(shù)，這導(dǎo)致大量的激光發(fā)生發(fā)射，又因為大多數(shù)激光器的使用場景均為垂直于材料或者少量傾角。從而導(dǎo)致回返激光重新進(jìn)入輸出頭，甚至部分回返光耦合進(jìn)入傳能光纖，沿光纖反向傳輸至激光器內(nèi)部，使得激光器內(nèi)部核心部件持續(xù)高溫。

抗高反具體實施方案

在高反材料加工時，一旦出現(xiàn)過高的回返激光進(jìn)入激光器內(nèi)部，對切割頭或焊接頭及激光器本身都會有一定的損壞風(fēng)險，尤其對于高功率光纖激光器產(chǎn)品，回返激光功率明顯會比低功率激光器產(chǎn)品高，損壞風(fēng)險也更高。當(dāng)進(jìn)行高反材料切割加工時，在材料未穿透情況下，會有較高功率的回返光返回至激光器內(nèi)部，損壞激光器。銳科激光研發(fā)人員針對以上問題，設(shè)計了四級抗高反射光保護(hù)設(shè)計，同時將新增各項回返光監(jiān)測功能，保證激光器在出現(xiàn)異常加工時的實時保護(hù)。

01

四級抗高反射光設(shè)計

● 光纜輸出頭抗高反光設(shè)計

銳科激光設(shè)計的QBH、QD以及QP光纖輸出頭，能夠高效的將不可控回返光轉(zhuǎn)換為可以吸收的光和熱，同時提升輸出頭的吸熱和散熱能力，從而能夠最大程度的避免回返光對內(nèi)部元器件的影響。對于激光加工系統(tǒng)來說，回返激光首先會對輸出光纜頭產(chǎn)生影響，使輸出光纜出現(xiàn)發(fā)熱甚至損壞的風(fēng)險，為了保證輸出光纜的安全，在原有設(shè)計的基礎(chǔ)上，我們在輸出光纜內(nèi)部集成了一級回返光剝除裝置，如圖。光纜輸出端加入抗高反光設(shè)計能夠第一時間剝除大部分回返激光，降低對激光器內(nèi)部光學(xué)結(jié)構(gòu)的損傷，同時結(jié)合水冷散熱設(shè)計，有效的將剝除的回返激光吸收，避免其對光纜輸出頭產(chǎn)生熱影響。

● 合束模塊內(nèi)兩級抗高反光設(shè)計

多模塊高功率激光器產(chǎn)品主要基于多單元模塊合束而成，切割高反材料時，回返光經(jīng)過光纜處的一級抗高反設(shè)計后，仍可能有部分光經(jīng)過輸出光纜反向傳輸至合束內(nèi)部。因此，考慮合束內(nèi)的光學(xué)器件及光路設(shè)計的安全可靠性，合束內(nèi)部增加了兩級抗高反保護(hù)設(shè)計，如圖，采用分步式逐級剝除回返激光，保證抗高反保護(hù)光學(xué)器件安全的同時，降低回返激光對激光器光路結(jié)構(gòu)的影響。

● 單元模塊內(nèi)抗高反光設(shè)計

由于單元模塊內(nèi)部存在光學(xué)諧振腔，低功率的回返激光一旦進(jìn)入單元模塊內(nèi)部被諧振腔不斷放大，會嚴(yán)重影響激光器的光學(xué)穩(wěn)定性，增加激光器損壞風(fēng)險。為了進(jìn)一步提升激光器在高反切割時的穩(wěn)定可靠性，結(jié)合單元模塊內(nèi)部的光路設(shè)計，增加了單元模塊抗高反光裝置，提升模塊的可靠性，如圖。

02

多重高反軟件監(jiān)控設(shè)計（陸續(xù)導(dǎo)入）

高反軟件保護(hù)主要為高反監(jiān)控保護(hù)，指激光器在加工高反材料時，產(chǎn)生的強(qiáng)回反光進(jìn)入激光器光學(xué)系統(tǒng)中，帶來激光器運行的不穩(wěn)定或光學(xué)器件的損壞，而采取的激光器運行狀態(tài)的監(jiān)控或保護(hù)機(jī)制。

抗高反光裝置雖然能保證激光器在某個回返激光功率閾值內(nèi)仍可以正常工作而不會損壞，但超過此閾值后激光器仍會存在損壞風(fēng)險，因此，為了確?；胤导す膺^高時激光器能夠及時保護(hù)，多模塊高功率激光器產(chǎn)品內(nèi)部加入了多重高反軟件保護(hù)設(shè)計：

● 輸出光纜高反保護(hù)設(shè)計

當(dāng)回返光功率較高時，返回的激光會一部分沿原光路返回至輸出光纜光纖中，另一部分則會直接入射到輸出光纜前端，通過對回返激光傳輸問題的研究和監(jiān)控功能集成化技術(shù)研究，我們在輸出光纜內(nèi)部集成了包括光纜溫度監(jiān)控、激光監(jiān)控和回返光監(jiān)控等多項檢測功能，用于對回返激光的實時監(jiān)測。一旦回返激光功率超過了激光器所能承受的范圍時，激光器就會及時關(guān)閉出光并進(jìn)行報警，保證激光器不會損壞，同時也能提醒客戶，此時加工存在異常。

● 合束及光學(xué)模塊高反保護(hù)設(shè)計

考慮到回返激光存在纖芯激光和包層激光兩種，除輸出光纜增加高反保護(hù)設(shè)計外，我們還在合束內(nèi)部增加了高反檢測模塊，用來對反向傳輸激光功率進(jìn)行檢測，并實時監(jiān)控回返激光的功率大小。這種高反檢測模塊不僅能檢測到包層激光，還能檢測到纖芯激光，能夠有效的規(guī)避只檢測包層回返激光時，纖芯回返激光仍會導(dǎo)致激光器損壞的風(fēng)險。一旦激光器內(nèi)部存在較高的回返激光時，也能夠及時關(guān)閉激光并報警，保證激光器的安全可靠性。

03

切割測試

由于紫銅較低的激光吸收率以及較高的導(dǎo)熱性能使得紫銅表面一直處于鏡面狀態(tài)，源源不斷的激光回返至光纖輸出頭，進(jìn)而驗證新型光纖輸出頭抗高反能力。

切割鋁板視頻

切割紫銅視頻和非正常切割視頻

上述視頻可以看出，只要操作得當(dāng)，不管是鋁板、黃銅、紫銅等高反材料，銳科激光器均能駕馭，高效切割，斷面效果好。針對高反非正常加工測試，是為了測試激光器的抗高反能力，通過來回在紫銅板材上劃線，不穿透紫銅板材，此時的返回光極高，激光器仍能正常使用，說明銳科激光器抗高反能力強(qiáng)。

信號視頻

通過以上高反測試看以看出，切割過程中，高反監(jiān)控信號能夠?qū)崟r傳送到顯示屏。當(dāng)非正常加工的狀態(tài)下，能監(jiān)測到高反信號，其信號是在激光器閾值之內(nèi)的。當(dāng)高反光超過一定閾值時，就會引發(fā)機(jī)器報警，提醒工作人員，檢查操作是否有誤。

銳科工藝工程師建議

最后聽聽銳科工藝工程師建議，針對切割高反材料，銳科工藝工程師建議：

(1) 切割黃銅，紫銅等材料時，速度放保守些，留一些空間，不要太極限。

(2) 紫銅必須用氧氣切割，不可以用氮氣或空氣切割。

當(dāng)出現(xiàn)以下問題時，請立即停機(jī)檢查。

(1) 下保護(hù)鏡有污染。

(2) 切割高反材料穿孔沒穿透。

(3) 切割高反材料，穿孔穿透了，但是切割沒切透。