作者:Steve Norman 来源:
激光世界
xf.2Ig <C'S#5,2 随着应用能力的不断拓展,
光纤激光器开始渗透到常规
激光技术曾经牢固占据的市场领域,现在人们提出了这样的问题:
光纤激光器应用的最终极限是什么?不管是在低功率打标应用中,还是在高功率机械与材料加工应用中,光纤激光器都以应用简便、精度高、稳定性好以及灵活性高等特点,使用户从中受益,这也驱动了光纤激光器市场的快速增长。
Pyx$$cj D@ji1$K 脉冲激光器的峰值功率范围
O<x53MN^ UT9=S21 激光打标通常要求系统成本低、便于集成,并且紧凑耐用。打标应用要求激光器能够精确地对尽可能多的材料,比如金属、聚合物、甚至是像食物那样的有机材料进行重复标刻。这种加工需要能在较长时间内维持较高峰值功率的脉冲激光输出。
nd]AvVS 7BX%z$_)A 脉冲光纤激光模块性能优异,能够同时提供好的光束质量(M2小于2)、可控脉冲重复率、峰值功率和能量(见图1)。SPI公司推出的全光纤集成激光器结合了称为“PulseTune”的脉冲整形技术,以及高增益脉冲放大采用的主振荡器功率放大器(MOPA)构架设计。该激光模块的平均输出功率可达20W,能够在很宽的参数范围内应用,从重复率为25kHz、单脉冲能量为0.8mJ的高能脉冲(用于硬金属标刻)到重复率高达500kHz(这是目前的最高重复率)、单脉冲能量为40礘的低能高速脉冲(用于在聚合物衬底上进行高速标刻)。高能端对应的峰值功率通常为15~20kW,高速端(即低能端)对应的峰值功率超过1kW。位图标刻使用的激光器可以在连续波(CW)以及功率调制的模式下进行工作,激光器的输出波长在1祄附近。
ewn/@;E DjT ekn 图1. 由于采用了脉冲整形技术和主振荡器功率放大器(MOPA)构架,SPI 公司的光纤激光器(右图)在高达500kHz的重复率下,输出峰值功率超过了3kW(左图)。常规激
光源的种子脉冲形状和重复率相互依赖,并且仅能在40kHz的重复率以下提供与光纤激光器相当的性能。光纤激光器能在较宽的重复率范围内维持高峰值功率的特性,是Q开关激光器(具有同等功率及尺寸)无法比拟的,无论是二极管泵浦固态(DPSS)激光器还是光纤Q开关激光器。采用Q开关激光器,当重复率高于某一特定值后,再增加重复率就会导致脉冲塌陷、脉宽显著增加,并且峰值功率显著下降。
/e5Fx fV;&)7d& PulseTune MOPA方法的关键性创新在于将脉冲控制与放大级分离,这可以使脉冲宽度和峰值功率不受重复率的影响。PulseTune技术能够在重复率高达500kHz的条件下,确保峰值功率超过3kW。常规技术受到种子脉冲形状与重复率相互依赖的影响,仅能在40kHz重复率以下提供相当的性能。这些性能差别能使加工产量相差十倍。
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