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(duì)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?yàn)榇蠖鄶?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(shí)施方案

在高反材料加工時(shí)，一旦出現(xiàn)過高的回返激光進(jìn)入激光器內(nèi)部，對(duì)切割頭或焊接頭及激光器本身都會(huì)有一定的損壞風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)于高功率光纖激光器產(chǎn)品，回返激光功率明顯會(huì)比低功率激光器產(chǎn)品高，損壞風(fēng)險(xiǎn)也更高。當(dāng)進(jìn)行高反材料切割加工時(shí)，在材料未穿透情況下，會(huì)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(duì)以上問題，設(shè)計(jì)了四級(jí)抗高反射光保護(hù)設(shè)計(jì)，同時(shí)將新增各項(xiàng)回返光監(jiān)測功能，保證激光器在出現(xiàn)異常加工時(shí)的實(shí)時(shí)保護(hù)。

01

四級(jí)抗高反射光設(shè)計(jì)

● 光纜輸出頭抗高反光設(shè)計(jì)

銳科激光設(shè)計(jì)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(shí)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(duì)內(nèi)部元器件的影響。對(duì)于激光加工系統(tǒng)來說，回返激光首先會(huì)對(duì)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(xiǎn)，為了保證輸出光纜的安全，在原有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，我們?cè)谳敵龉饫|內(nèi)部集成了一級(jí)回返光剝除裝置，如圖。光纜輸出端加入抗高反光設(shè)計(jì)能夠第一時(shí)間剝除大部分回返激光，降低對(duì)激光器內(nèi)部光學(xué)結(jié)構(gòu)的損傷，同時(shí)結(jié)合水冷散熱設(shè)計(jì)，有效的將剝除的回返激光吸收，避免其對(duì)光纜輸出頭產(chǎn)生熱影響。

● 合束模塊內(nèi)兩級(jí)抗高反光設(shè)計(jì)

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(shí)，回返光經(jīng)過光纜處的一級(jí)抗高反設(shè)計(jì)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(jì)的安全可靠性，合束內(nèi)部增加了兩級(jí)抗高反保護(hù)設(shè)計(jì)，如圖，采用分步式逐級(jí)剝除回返激光，保證抗高反保護(hù)光學(xué)器件安全的同時(shí)，降低回返激光對(duì)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(jì)

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(huì)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(xiǎn)。為了進(jìn)一步提升激光器在高反切割時(shí)的穩(wěn)定可靠性，結(jié)合單元模塊內(nèi)部的光路設(shè)計(jì)，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(jì)（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(shí)，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(yùn)行的不穩(wěn)定或光學(xué)器件的損壞，而采取的激光器運(yùn)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(gè)回返激光功率閾值內(nèi)仍可以正常工作而不會(huì)損壞，但超過此閾值后激光器仍會(huì)存在損壞風(fēng)險(xiǎn)，因此，為了確?；胤导す膺^高時(shí)激光器能夠及時(shí)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(jì)：

● 輸出光纜高反保護(hù)設(shè)計(jì)

當(dāng)回返光功率較高時(shí)，返回的激光會(huì)一部分沿原光路返回至輸出光纜光纖中，另一部分則會(huì)直接入射到輸出光纜前端，通過對(duì)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?cè)谳敵龉饫|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(xiàng)檢測功能，用于對(duì)回返激光的實(shí)時(shí)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(shí)，激光器就會(huì)及時(shí)關(guān)閉出光并進(jìn)行報(bào)警，保證激光器不會(huì)損壞，同時(shí)也能提醒客戶，此時(shí)加工存在異常。

● 合束及光學(xué)模塊高反保護(hù)設(shè)計(jì)

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(jì)外，我們還在合束內(nèi)部增加了高反檢測模塊，用來對(duì)反向傳輸激光功率進(jìn)行檢測，并實(shí)時(shí)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(shí)，纖芯回返激光仍會(huì)導(dǎo)致激光器損壞的風(fēng)險(xiǎn)。一旦激光器內(nèi)部存在較高的回返激光時(shí)，也能夠及時(shí)關(guān)閉激光并報(bào)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(yàn)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(duì)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(shí)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(hào)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(hào)能夠?qū)崟r(shí)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(hào)，其信號(hào)是在激光器閾值之內(nèi)的。當(dāng)高反光超過一定閾值時(shí)，就會(huì)引發(fā)機(jī)器報(bào)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(duì)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(shí)，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?dú)饣蚩諝馇懈睢?/p>

當(dāng)出現(xiàn)以下問題時(shí)，請(qǐng)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。