光纖激光器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

光纖激光器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用25年，確保只要通信技術(shù)安裝之年代末200W的低功率單模系統(tǒng)正在微處理標(biāo)辟了新的天地。GSI推出的商業(yè)產(chǎn)品系列的輸出功率高達(dá)200W2IPG的產(chǎn)品輸出功率則小于10kWIMRASpectraPhysicsSynchronousIncOptigainInc等制造商主要經(jīng)營(yíng)低功率和短脈沖領(lǐng)域。顯和燈泵浦Nd:YAG技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。本文將重光纖激光器設(shè)計(jì)高功率光纖激光器小巧可靠，在光束質(zhì)量和功率轉(zhuǎn)換效率（約20％）Nd:YAG激光。光纖激光器含有一個(gè)長(zhǎng)光纖激光器腔（約米，沿整個(gè)長(zhǎng)度方向分配泵浦能量。高效率1550nm與1060nmEr或Yb1550nm輸出時(shí)可實(shí)現(xiàn)更高的效率。橫電磁模分布由纖芯的導(dǎo)波特性控制。寬度為數(shù)十微米式。1是我們?cè)O(shè)計(jì)的此類(lèi)光纖激光器腔的示意圖。輸出光纖采用直徑低于10構(gòu)旨在能夠在水冷散熱片構(gòu)造中產(chǎn)生高達(dá)500W35℃情況下采用強(qiáng)制空氣冷卻產(chǎn)生高達(dá)120W900～980nm工作條件下的平均無(wú)故障時(shí)間已經(jīng)超過(guò)50萬(wàn)小時(shí)。結(jié)合適當(dāng)冗余MTBF10萬(wàn)小時(shí)的此類(lèi)泵浦源都能夠用于構(gòu)建輸出功率達(dá)到數(shù)百瓦的光纖激光器。應(yīng)用于顯微機(jī)械加工對(duì)于需要優(yōu)異模質(zhì)量和高聚焦性能來(lái)實(shí)現(xiàn)小形體尺寸的顯微Nd:YAG1微IR醫(yī)療行業(yè)是激光微切割最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，光纖激光正在逐步替代脈沖燈泵Nd:YAG激光。由于以下兩個(gè)基本原因，醫(yī)療設(shè)備一般很?。阂皇撬鼈兺ǔＰ枰惭b到狹小區(qū)域；二是其制作材料昂貴，減少尺寸也就是降低成本。能夠在僅有幾微米區(qū)域工作的激光器是精巧、昂貴設(shè)備的理想解決方案。醫(yī)療設(shè)備行業(yè)對(duì)微切割需求最強(qiáng)烈的應(yīng)用可能是支架切割。支架是一種永久插入動(dòng)脈的纖細(xì)、格狀金屬管。其有助于擴(kuò)張動(dòng)脈，疏通血流。這種插入到患病冠狀動(dòng)脈中的圓柱形金屬支架，能使血液恢復(fù)充分流通。支架所用材料包括316L（形狀記憶合金。管的典型直徑為1～10毫米，壁厚約100微米。關(guān)鍵是切口寬度要?。?0～30微米，這就要求光纖激光器需提供較高的光束質(zhì)量與激光功率穩(wěn)定性。激光切割必須具有較高的表面質(zhì)量，較小的熱影響區(qū)域，而且無(wú)殘?jiān)?。圖2SEM100W（<5微米的無(wú)殘?jiān)懈睿?0微米切割厚度為0.5316L5米／分鐘。圖3是氧氣和氮?dú)庵g的不銹鋼切割速度對(duì)比圖。相關(guān)切割數(shù)據(jù)來(lái)自GSI100W光纖激光器也是SMT模板制作的理想選擇?？梢栽诤穸葹?50～500微米的不銹鋼中制作各種形狀的精密輪廓。除了適用于黑色金屬和非金屬薄片，光纖激光器在切割厚的多晶硅（硅片）方面也頗具優(yōu)勢(shì)。多晶硅材料非常脆，在激光切割過(guò)程中極易破裂。迄今，脈沖燈泵Nd:YAG已經(jīng)成功用于切割此類(lèi)材料。最初采用單模100W光纖激光器在GSI上進(jìn)行的切割實(shí)驗(yàn)在切割速度、切割邊角質(zhì)量和細(xì)裂紋（長(zhǎng)度約10～15微米）方面取得了非常令人振奮的成果。這和采用脈沖Nd:YAG激光源十分接近，只是因?yàn)闂l紋比Nd:YAG激光器差幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而在邊緣質(zhì)量方面僅稍遜一些。應(yīng)用于微焊接GSIInconel銅合金、不銹鋼以及鈦合金等。利用CW1Nd:YAG沖（脈沖成形）中時(shí)間能量變化的正確成形，可以實(shí)現(xiàn)各種材料的高質(zhì)量焊接，其中包括鋁合金、銅合金以及異金屬材料等高反射比材料。由于具有很高的光束質(zhì)量和小光點(diǎn)直徑，單模光纖激光器非常適合微切割。但是由于目前其脈沖能量和峰值功率較低，而且脈沖寬度很窄，因此此類(lèi)激光并非微焊接應(yīng)用的首選。應(yīng)用于宏觀機(jī)械加工Nd:YAG顯然，此類(lèi)激光能夠?qū)崿F(xiàn)極高的焊接速度以及深度穿透力。但是，解決利用小光點(diǎn)直徑和高光束質(zhì)量焊接厚板材時(shí)存在的問(wèn)題仍然有待進(jìn)一步改進(jìn)，如：部件裝配，更重要的是深度穿