什么是光纖激光器？定義、特點、原理、類型、光學、用途、成本

最后更新日期： 2023-08-25 通過吉米 5分鐘閱讀

什么是光纖激光器？光學、特性、類型、用途、成本

從本文中您將了解光纖激光器的定義、特點、原理、類型、光學、成本以及在切割、雕刻、標記、焊接、清潔中的用途。

什么是光纖激光器？

光纖激光器是一種采用稀土元素摻雜的玻璃光纖作為增益介質(zhì)的固體激光器，具有光電轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)簡單、光束質(zhì)量好等特點，已成為當今激光技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)應用的主流。由于光纖占用空間小，因此適用場合非常廣泛，在下游制造加工領(lǐng)域的使用率很高。光纖激光器加工適應性強，可適用于任何應用領(lǐng)域，而且光束質(zhì)量較好，可為制造企業(yè)最大程度發(fā)揮降本增效的效果。

光纖激光器特點

? 采用相應高功率、低亮度的稀土元素吸收譜LD光源，通過雙包層光纖結(jié)構(gòu)泵浦，輸出高亮度單模激光。

? 設計小巧靈活，轉(zhuǎn)換效率高，具有良好的冷卻系統(tǒng)，可在惡劣的條件下工作。

? 產(chǎn)生的光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、閾值低。

? 利用不同的稀土元素可實現(xiàn)0.38-4um波段的激光輸出，波長選擇方便且可調(diào)諧，調(diào)諧范圍寬。

? 與現(xiàn)有光通信系統(tǒng)匹配程度高，耦合性好。

? 采用光纖器件和光纖成本低，可大大降低結(jié)構(gòu)成本。

組成與原理

光纖激光器和其他類型的激光器一樣，由增益介質(zhì)、泵浦源、諧振腔3部分組成。它采用纖芯中摻雜稀土元素的有源光纖作為增益介質(zhì)，一般采用半導體激光器作為泵浦源。諧振腔一般由反射鏡、光纖端面、光纖環(huán)鏡或光纖光柵等組成。具體工作過程為：工作狀態(tài)下，有源光纖（增益光纖）吸收泵浦源提供的能量，經(jīng)有源光纖和光纖光柵組成的諧振腔放大后輸出激光。

種子來源

又稱信號源，是激光放大系統(tǒng)中輻射放大的對象，提供小功率信號的激光器作為“種子”，讓放大系統(tǒng)按照這個“種子”的狀態(tài)進行放大。

有源光纖

有源光纖作為增益介質(zhì)，其作用是實現(xiàn)泵浦光到信號光的能量轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)放大。

無源光纖

無源光纖主要實現(xiàn)光傳輸功能，不參與波長轉(zhuǎn)換。在光纖激光系統(tǒng)中，主要有光纖光柵、光纖隔離器中的無源匹配光纖、激光能量傳輸組件中的無源多模大芯徑能量傳輸光纖。目前，國內(nèi)供應商的無源光纖產(chǎn)品基本可以滿足生產(chǎn)需要，只有極少量用于超高功率產(chǎn)品的無源光纖仍需使用進口光纖。

光纖激光光學元件

泵浦源

可作為工業(yè)半導體激光器的直接光源輸出激光，也可作為泵浦光源為光纖激光器提供高功率、高亮度的泵浦光。

泵組合器

可以將多個泵浦源的激光耦合到光纖中，實現(xiàn)更高功率的泵浦激光輸出。

能量合成器

它可將多路高功率光纖激光模塊的能量疊加，是實現(xiàn)多模激光合束輸出的核心器件。

光纖光柵

通過一定方法軸向周期性調(diào)制光纖纖芯折射率形成的衍射光柵。屬于無源濾波器件，也是諧振腔的必要元件，決定激光器的輸出波長和帶寬，可以控制激光模式和光束質(zhì)量。

激光頭

它是在應用現(xiàn)場實現(xiàn)高功率激光遠距離柔性輸出的重要部件，并與加工系統(tǒng)兼容，使激光器產(chǎn)生的激光傳導至加工材料，完成激光加工應用。

隔離

可以有效保護激光器，有效防止返回光損壞其他光學元件。

剝

可以有效剝離激光器中的包層光，保護相關(guān)器件，提高輸出激光光束的質(zhì)量。聲光調(diào)制器主要用在諧振腔內(nèi)部，通過射頻驅(qū)動調(diào)制技術(shù)調(diào)制出所需的激光脈沖，是調(diào)Q脈沖光纖激光器的核心部件。

模式匹配器

用于連接2根不同類型光纖的核心器件，可以最大限度降低不同類型光纖的連接損耗，優(yōu)化激光模式模場的匹配。

類型和用途

光纖激光器按照工作模式分為連續(xù)激光器和脈沖激光器，可應用于切割、焊接、雕刻、打標、清潔等場景。

連續(xù)激光

連續(xù)激光器連續(xù)發(fā)射光束，峰值功率為120KW. 用于切割、焊接、釬焊、鉆孔。半連續(xù)激光（QCW）本質(zhì)上仍然是脈沖的，但脈沖寬度較長，峰值功率為 23KW，用于切割、電弧焊、鉆孔、釬焊、金屬淬火（提高金屬延展性，降低直流電阻），特別適合在點焊、縫焊和鉆孔應用中取代燈泵浦YAG激光器。與連續(xù)激光器在使用上有一定的重疊。

脈沖激光

脈沖激光器可分為納秒、皮秒、飛秒脈沖激光器。納秒激光器（脈沖寬度較長）峰值功率可達2MW，用于劃片、蝕刻、鉆孔、表面處理、淬火、打標等；納秒激光器（脈沖寬度較短，用于微精加工）用于淬火、硅片、玻璃切割等；皮秒激光器（脈沖寬度達到皮秒級）峰值功率大于2MW，用于黑化、藍寶石及玻璃切割、光伏、OLED切割等；飛秒激光器（脈沖寬度可達飛秒級）峰值功率大于1MW，用于金屬薄板切割、鉆孔、高精度加工、眼科手術(shù)等。

光纖激光器成本

光纖激光雕刻機

光纖激光雕刻和制作機的價格從 3,500 美元到 28,500 美元不等，具體取決于脈沖激光功率 20W, 30W, 50W, 60W, 70W和 100W.

光纖激光切割機

光纖激光切割機的價格根據(jù)連續(xù)激光功率的不同，在 14,200 美元到 260,000 美元之間。 1000W, 1500W, 2000W, 3000W, 4000W, 6000W, 8000W, 10000W, 12000W, 15000W, 20000W, 30000W，以及 40000W.

光纖激光焊接機