綠色的光芒‖Yb:YAG碟片激光器的晶體在工作時(shí)發(fā)出綠光,即使激光的波長(zhǎng)是紅外的、不可見(jiàn)的。那么這個(gè)綠光從何而來(lái)?這是晶體中雙重激發(fā)的雜質(zhì)引起的。當(dāng)轉(zhuǎn)移到基態(tài)時(shí),會(huì)發(fā)出綠光。綠光是一個(gè)有用的附帶產(chǎn)物:由于碟片上的泵浦斑發(fā)出了綠光,所以在無(wú)需光學(xué)儀器的幫助下就可以調(diào)整激光。需要做的就是確保綠色的光斑盡可能的刺眼。當(dāng)完成了這個(gè),你就會(huì)發(fā)現(xiàn)泵浦光已經(jīng)被設(shè)置為最理想的狀態(tài)。
碟片激光器的研發(fā)者和光纖激光器的研發(fā)者走的是相反方向:他們不是用又細(xì)又長(zhǎng)的光纖代替晶體棒,而是用又薄又圓的碟片來(lái)代替晶體棒。1999年,通快公司在貿(mào)易展上展示了第一臺(tái)1000W碟片激光器。很短時(shí)間內(nèi),它們的功率達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用所需的幾千瓦級(jí)別。
設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)模式‖碟片激光器的激光增益核心是很小的超薄的摻鐿釔鋁石榴石制成的晶體碟片。它的直徑略小于15mm,厚度只有20mm。碟片放置在能夠散熱、冷卻碟片的熱沉上。冷卻的碟片后端有一個(gè)反射面,可以反射激光和泵浦光。
設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)單‖半導(dǎo)體激光器用作泵浦光。它聚焦到幾毫米的直徑上,然后作用到碟片上。碟片太小,以至于只能吸收泵浦光的一小部分。因此,為了提高吸收效率,使用一些折返鏡、后端鏡以及拋物面鏡,讓泵浦光共同通過(guò)碟片48次。
應(yīng)用‖至于工作模式,碟片激光器是很靈活的:它們既可以工作在連續(xù)模式,也可以工作在脈沖模式,這使得它們成為一種大范圍內(nèi)在宏觀加工和微觀應(yīng)用上非常引人注目的一種加工方式。如今碟片激光器成了高功率激光器的代表,例如,汽車行業(yè)或鈑金行業(yè)。越來(lái)越多的碟片激光器也在微加工應(yīng)用中建立了自己的先進(jìn)理念。
前途光明‖碟片激光器結(jié)合了兩種光源的優(yōu)點(diǎn):半導(dǎo)體激光器的高功率以及激光器的高光束質(zhì)量。這就是專家預(yù)言碟片激光器會(huì)有一個(gè)美好未來(lái)的原因。
有兩種途徑可以提高激光功率,碟片激光器就這樣來(lái)完成設(shè)計(jì)的。一種途徑是擴(kuò)大泵浦面積。這樣碟片上就會(huì)有更多的鐿離子被激發(fā),激光功率就提高了。
另一種方法是將多個(gè)腔耦合起來(lái),那么所有的碟片的功率會(huì)耦合成一個(gè)激光束。這些單個(gè)的腔不是像光纖激光器那樣并行耦合的,而是串成一排,一個(gè)挨著一個(gè),通過(guò)一個(gè)諧振腔在光學(xué)上連接起來(lái)。而且這個(gè)方法保留了搞的光束質(zhì)量。
模塊化的激光器設(shè)計(jì)保證了最大的正常運(yùn)行時(shí)間‖碟片激光器以運(yùn)營(yíng)成本最低的方案設(shè)計(jì):長(zhǎng)壽命的被動(dòng)冷卻激光二極管能夠承受極端條件,而且在整個(gè)諧振腔中不需要耗材。但是需要維修時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢?同光纖激光器相比,碟片激光器是模塊化的。由于不需要拼接點(diǎn),激光系統(tǒng)所有的部件(光束發(fā)生器,光束管理、控制和冷卻裝置)可以隨時(shí)替換和升級(jí)。這在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境中保證了最大的正常運(yùn)行時(shí)間。在光纖激光器的概念中,需要使用所謂的光纖-光纖耦合器,用來(lái)更換光纖或至少是從其他冗余激光器中交換激光電纜。對(duì)于碟片激光器,卻無(wú)需任何對(duì)準(zhǔn),即插即用激光電纜就可以了。
市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者:更好的正常運(yùn)行時(shí)間和質(zhì)量‖通快公司的碟片激光器“TruDisk”配備了獨(dú)特的控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了專業(yè)人員主動(dòng)干預(yù)的遠(yuǎn)程服務(wù)。在這個(gè)平臺(tái)內(nèi),超過(guò)90%的技術(shù)詢問(wèn)可以在不需要現(xiàn)場(chǎng)操作的情況下立即解決。
此外,由于閉環(huán)功率反饋控制,碟片激光器保證了最大程度上的加工穩(wěn)定性。實(shí)際值和參考值的偏差在幾微秒內(nèi)得以測(cè)量和校正。±1%的功率穩(wěn)定性使得在不改變環(huán)境條件或多年來(lái)的長(zhǎng)期效應(yīng)下,激光器能安全運(yùn)行。
模塊化激光器設(shè)計(jì)允許了升級(jí)‖激光輸出功率的可升級(jí)性,在碟片激光器長(zhǎng)的壽命內(nèi),帶來(lái)了獨(dú)特的應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的靈活性。功率升級(jí)是可行的,例如如果過(guò)渡階段之后需要進(jìn)一步提高質(zhì)量,可以不用增加全新的生產(chǎn)線。
針對(duì)后向反射的穩(wěn)健性‖碟片激光器的設(shè)計(jì)針對(duì)后向反射,帶來(lái)了非常高的穩(wěn)健性和不敏感性。碟片激光器是一個(gè)所謂的“低放大諧振腔”。諧振腔內(nèi)的總激光功率,只有非常小的部分通過(guò)輸出鏡解除耦合。因此回到諧振腔的后向反射光對(duì)整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有影響——這是相較于高功率光纖激光器的而一個(gè)優(yōu)勢(shì)。極端條件下(高功率90度角高反射材料)的激光加工任務(wù)用碟片激光器可以很容易地處理。
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