光纤激光器在焊接应用的突破

本文摘要：将近几十年来，包层泵浦光纤激光器在激光行业大获得顺利，且近期的报告表明这种快速增长将之后保持良好的趋势。无论是用作打标的较低功率光纤激光器，还是用作切割成及焊的高功率光纤激光器都很快地不断扩大了市场份额。近期报告还表明，用作工业激光器仅次于市场金属薄板切割成的光纤激光器将迅速多达CO2激光器。 此外，作为生产皮秒和飞秒较短脉冲激光器的最重要元件，光纤放大器、光纤光束镜等光纤激光器元件也在被普遍用于。

将近几十年来，包层泵浦光纤激光器在激光行业大获得顺利，且近期的报告表明这种快速增长将之后保持良好的趋势。无论是用作打标的较低功率光纤激光器，还是用作切割成及焊的高功率光纤激光器都很快地不断扩大了市场份额。近期报告还表明，用作工业激光器仅次于市场金属薄板切割成的光纤激光器将迅速多达CO2激光器。

此外，作为生产皮秒和飞秒较短脉冲激光器的最重要元件，光纤放大器、光纤光束镜等光纤激光器元件也在被普遍用于。　　定倒数（QCW）光纤激光器　　本文我们将讲解某种程度正在市场很快兴起的第三种光纤激光器。

被称作定倒数（QCW）激光器的一类近红外光纤激光器正在很快代替历史悠久的Nd:YAG灯泵浦激光器。电光切换效率高、可靠性好、免除确保、稳定性强劲及更加小的占地面积这些光纤激光器相对于其他激光器的核心优势已具备较好的证明，定倒数光纤激光器某种程度不具备上述所有优势。　　自2011年荣获国际光学工程学会授予的Prism奖以来，定倒数光纤激光器早已取得产品系列的全面发展，某些型号具备高达20kW的峰值功率。

由于切割成及钻孔应用于曾多次在《激光微加工工艺在规模生产中的应用于》中展开过辩论，我们这里将辩论定倒数光纤激光器其他更好的应用于。　　研发定倒数光纤激光器的想法，是期望将光纤激光器的优势引进那些必须较低平均功率、较低频率的脉冲激光焊，例如图1右图的受限热导点焊。

然而研究人员迅速找到，这些高亮度能量源可以用于更加小芯径的传输光纤。实质上，定倒数光纤激光器可相连单模光纤（芯径大于15m），具备十分细致的切割成及钻孔性能。　　图1典型的受限热导点焊　　许多光纤激光器（但不是全部）区别于其他激光工艺的特性在于单芯结二极管激光泵浦源。

作为全球高功率光纤激光器的领导者，顺利在相当大程度上归功于这些单芯结二极管的稳定性和使用寿命。用于单芯结二极管泵浦而不是二极管巴条或阵列的一个明显优势在于可以在0100%的频率范围内泵浦有源光纤，也就是说可以在0100%的频率范围内调制倒数激光器。

这种调节范围在QCW光纤激光器上某种程度限于。　　实质上光纤激光器的有源光纤芯径本身尤其的小（15m），所以不能构成单模输入。这样不仅需要高效的分解相干性光束，而且凭借其超高的表面积/体积比率，光纤完全几乎可以展开自加热。

由此解决问题了温度波动及涉及的热效应问题，确保了极为平稳的光束输入。　　用小芯径有源光纤输入激光束的另外一个最重要起到，就是在适当的时候，可以通过单模无源光纤（称作传输光纤）将激光输入至激光加工头。

这种情况下光束具备仅次于的亮度和探讨性能。在许多材料加工应用于中，专业技术人员可以通过终端芯径较小的传输光纤，或是只是非常简单地加到一个光耦等方式，从一台激光器中取得有所不同的光束直径及光斑尺寸。

　　减少的多个泵浦二极管只需非常简单的终端有源光纤。将这些二极管的频率限定版为10%大幅度减少了对电源功率的市场需求，但当激光器正处于脉冲模式时，就能产生10倍以上的瞬时（峰值）功率。

某些型号甚至可以在几毫秒的脉宽内产生高达60J的脉冲能量。　　激光耦合或毁坏金属表面反射率从而开始产生一次焊的能力与激光脉冲的峰值功率密切相关。由于确实的QCW脉冲激光器享有低一个数量级的峰值功率，这种耦合能力大大强化。

这种特性使QCW激光器在较低功率激光焊应用于中对传统的灯泵浦激光器和倒数激光器十分有竞争力。　　由于定倒数光纤激光器的研发想法是点焊，因此必须留意的是，150W倒数激光器必须67ms产生10J调制脉冲能量。

光束峰值功率与倒数输出功率完全相同，也是150W。右图中的公式指出，这种较低峰值功率的光束所分解的峰值功率密度（也就是辐照度）不会更加较低。

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