在20kW以上的超高功率激光器（切割版）中，為滿足客戶良好的適用度，銳科根據(jù)大量的客戶端使用數(shù)據(jù)，與主流切割頭廠商進(jìn)行了多次技術(shù)交流和測試實驗，在目前通用的行業(yè)和國際標(biāo)準(zhǔn)之上，制定了更高的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)了系統(tǒng)級別匹配，達(dá)到切割效果和效率的全面提升。

1、纖芯與M2標(biāo)準(zhǔn) by Raycus

針對超高功率激光器，單純的做到纖芯輸出并不能實現(xiàn)較好的應(yīng)用，只有纖芯與M2完成匹配，才能實現(xiàn)更好的應(yīng)用效果。

若整機(jī)素質(zhì)一般，單純的縮小纖芯，光束質(zhì)量（M2或BPP）卻無法隨之縮小，則極難達(dá)到較為理想的切割效果。以100μm輸出的20000W激光器為例，考慮到較佳的切割效果和厚薄板兼容效果，最佳的M2應(yīng)該在11附近。

我們從20kW—60kW限定推出100μm—150μm纖芯輸出，并嚴(yán)格限制M2范圍，使得切割工藝的調(diào)整可以從低功率到高功率切割工藝可以一脈相承，同型號機(jī)型之間的差異性較小。

M2標(biāo)準(zhǔn) by Raycus：

圖1 光束質(zhì)量測試示意圖

圖2 銳科40kW激光器光束質(zhì)量實測圖

2、全能發(fā)散角標(biāo)準(zhǔn)

M2只是表征86.5%的能量分布，但其只適合描述單模或者近單模激光器。而針對多模激光器，其能描述的光束性質(zhì)有限，銳科在此光束質(zhì)量的基礎(chǔ)上，開創(chuàng)性地提出全能量發(fā)散角的概念——采用99.84%描述對全能量發(fā)散角的新企標(biāo)。

而正是因為銳科該項標(biāo)準(zhǔn)的推出，使得來自銳科的20kW-60kW激光器，杜絕了常規(guī)激光器容易出現(xiàn)的上保護(hù)發(fā)熱（頻繁燒），準(zhǔn)直發(fā)熱，上保護(hù)散射光值大，光闌燒，噴嘴發(fā)熱等痼疾。正是因為嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)，使得銳科高功率光纖激光器在市場上一騎絕塵，實現(xiàn)了國內(nèi)出貨量第一。

發(fā)散角標(biāo)準(zhǔn) by Raycus：20kW—60kW，全能量發(fā)散角（99.84%，半角）≤0.13

圖3 全能量發(fā)散角超標(biāo)導(dǎo)致的光闌燒和光闌回光示意圖

銳科制定全能量發(fā)散角標(biāo)準(zhǔn)的原因是，市場上大部分高功率切割頭的光學(xué)孔徑都是0.13附近，這就需要光闌對準(zhǔn)之前激光光進(jìn)行限制，被限制的光一般俗稱外圍光或雜散光，而一旦外圍光（雜散光）功率過高，其實就是激光的全能量發(fā)散角太大，這時候極容易造成光闌燒毀；甚至由于光闌邊緣的衍射作用，一部分雜散光會照射到準(zhǔn)直上，產(chǎn)生嚴(yán)重?zé)嵬感?yīng)，使得切割不穩(wěn)定。

圖4展示了采用銳科標(biāo)準(zhǔn)后的光路示意圖，激光器完全通過光闌，雜散光或外圍光比例極小，使得切割系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 當(dāng)全能量發(fā)散角在銳科標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)可實現(xiàn)光闌高穩(wěn)定工作

3、非線性標(biāo)準(zhǔn)

因為市場對于大幅面、大厚度板材高效率加工需求的提高，激光器整機(jī)功率也隨之提高，同時傳輸光纜中傳能光纖纖芯減小，長度增大，這帶來的是非線性、受激拉曼散射的提高。如果激光器本身的SRS效應(yīng)較高，它的穩(wěn)定度也大幅度較低，換而言之，更容易受到環(huán)境，外光路的擾動。

我們根據(jù)實際經(jīng)驗，針對高亮度激光器提出了屬于銳科的標(biāo)準(zhǔn)，不論纖芯大小，光纜長度多少，激光器功率多高，都要求整機(jī)滿功率出光其SRS效應(yīng)必須在30dB以上，避免激光器壽命短，易燒毀，長時間切割不穩(wěn)定等問題。

非線性標(biāo)準(zhǔn) by Raycus:

20kW—60kW，SRS效應(yīng)：≥30dB @ 100%功率。

圖5 40kW 100μm 30m非線性光譜

4、標(biāo)準(zhǔn)獨立性

每一項標(biāo)準(zhǔn)都具有獨立性，不能因為達(dá)到某一項標(biāo)準(zhǔn)，而妥協(xié)其他項標(biāo)準(zhǔn)。

部分友商因為光纜長度的增加，妥協(xié)光束質(zhì)量或者纖芯大小，導(dǎo)致應(yīng)用工藝效果不同，工藝通用性大幅度減弱。

部分友商為了維持小纖芯輸出，但合束能力有限，導(dǎo)致最終輸出M2超標(biāo)或全能量發(fā)散角超標(biāo)。

部分友商因為光纜長度的增加，妥協(xié)非線性，導(dǎo)致系統(tǒng)高功率下穩(wěn)定性大幅度降低，機(jī)器壽命大幅度降低，包括切割頭在內(nèi)的整個光路系統(tǒng)隨時處于崩潰狀態(tài)。

銳科出品的超高功率激光器，采用100μm—150μm輸出的20kW，30kW，40kW，我們不會因為光纜長度提高，功率提升，而妥協(xié)任何標(biāo)準(zhǔn)。

• 我們不做光纜在20m以下的產(chǎn)品，過短的光纜，功率再高，對于日益加大的板材毫無意義。

• 銳科推出的20kW—60kW高品質(zhì)激光器常規(guī)光纜配置長度為20m—40m，可定制更長。

更高標(biāo)準(zhǔn)的實現(xiàn)，依托多年技術(shù)積累

銳科針對高亮度20kW—60kW 指定了嚴(yán)苛的企標(biāo)，為了實現(xiàn)這個標(biāo)準(zhǔn)，依靠了銳科多年的技術(shù)積累，并自2021年起實現(xiàn)一系列的技術(shù)突破，其中具體包括了：

1、光束質(zhì)量控制技術(shù)

優(yōu)秀的合束和模塊性能，可維持小纖芯高光束質(zhì)量輸出。銳科通過對模塊性能的提升、高光束質(zhì)量功率合束器研制以及模式控制技術(shù)的研究，實現(xiàn)輸出光斑的勻化分布和光束質(zhì)量BPP的精準(zhǔn)控制。

圖6 光束質(zhì)量控制前、后對比示意圖

2、全能量發(fā)散角主動控制技術(shù)（銳科內(nèi)部標(biāo)號A, Active control of divergence）

我們通過開發(fā)出一種全能量發(fā)散角壓縮器，通過對纖芯光進(jìn)行調(diào)制，實現(xiàn)輸出光全能量發(fā)散角的壓縮。

圖7 采用全能量發(fā)散角壓縮器前后發(fā)散角對比圖

圖 8 30kW激光器主動控制前后，超標(biāo)（紅色）和合格（灰色）發(fā)散角對比

3、非線性抑制技術(shù)（銳科內(nèi)部標(biāo)號S，Suppress of SRS）

拉曼抑制器，通過傾斜布拉格光柵對模塊產(chǎn)生的拉曼種子進(jìn)行濾除，阻止拉曼種子在無源傳能部分中的放大，同時隔離傳能部分和外光路對模塊的拉曼反饋。

但是拉曼光柵目前也存在一定的問題，為了實現(xiàn)深的濾除帶寬，需要大啁啾率和大的長度，此時要求刻寫難度和成本大幅度提高，而增大濾除比，需要加大調(diào)整深度，這會導(dǎo)致?lián)p耗增大，甚至影響光束質(zhì)量。

因此銳科基于以上弊端，采用了級聯(lián)傾斜光柵，通過串聯(lián)2個傾斜光柵，實現(xiàn)較寬的濾除效果和較低的成本，從而維持模塊較低的非線性。

圖9 雙柵級聯(lián)型拉曼抑制器

更高標(biāo)準(zhǔn)體系，“造就”震撼應(yīng)用效果

銳科激光60kW激光器自2023年推出以來，因其優(yōu)異的切割優(yōu)勢備受市場關(guān)注。我們將60kW激光器與40kW、30kW激光器空氣切割不銹鋼不同厚度的切割速度進(jìn)行對比，由圖10可知，60kW激光器在中厚板切割速度上相比其他二者具備非常明顯的優(yōu)勢，尤其是50mm以上厚度的不銹鋼板材。

圖10 60kW/40kW/30kW不銹鋼切割速度對比

此外，我們到客戶加工工廠實拍了60kW激光器切割70mm/125mm超厚不銹鋼的場景，讓大家能夠切身感受到切割現(xiàn)場的火花“璀璨”，效果尤為震撼。

銳科激光

，贊

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60kW激光器厚板不銹鋼切割效果實景展示

勇立潮頭樹標(biāo)桿，超高功率激光器高質(zhì)量發(fā)展

進(jìn)入2023年后，銳科認(rèn)為工業(yè)光纖激光器的發(fā)展不僅僅再是單純的功率的提高，畢竟銳科在2021年就完成了100kW激光器的研制。今后萬瓦以上激光器的發(fā)展，應(yīng)該是激光器素質(zhì)的全面提升。為此，銳科激光始終致力于激光器的技術(shù)突破和產(chǎn)品創(chuàng)新，積極打造更高標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量體系，為全球客戶提供更高品質(zhì)的光纖激光器產(chǎn)品，并推動國產(chǎn)激光器產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。