自激光誕生以來(lái),產(chǎn)業(yè)界就對(duì)其優(yōu)異的性能報(bào)以極大的興趣,并捷足先登獲得了應(yīng)用。預(yù)計(jì)產(chǎn)業(yè)界2011使用的激光器產(chǎn)品銷售額超過(guò)17億美元,而激光設(shè)備的銷售額超過(guò)66億美元。其中,金屬加工行業(yè)占居絕大部分。
在金屬加工行業(yè),激光的應(yīng)用已有數(shù)十年的歷史。長(zhǎng)期以來(lái),金屬切割領(lǐng)域,1000W以上的CO2激光器占主導(dǎo)地位。近年,以華俄激光為代表的國(guó)內(nèi)激光設(shè)備商推出的中功率(500W)燈棒式Y(jié)AG金屬激光切割機(jī)獲得了市場(chǎng)的廣泛的認(rèn)可,占領(lǐng)了國(guó)內(nèi)低端金屬切割機(jī)市場(chǎng)。
但是,無(wú)論是CO2還是燈棒式Y(jié)AG激光,激光的產(chǎn)生原理決定了其性能受到一定的局限。大功率CO2激光器體積龐大,但激光發(fā)散角較小,可以采用飛行光路實(shí)現(xiàn)切割的工藝要求,但光斑粗大,能量密度低是其很大的弱點(diǎn)。燈棒式Y(jié)AG激光的光斑能量密度可以做到遠(yuǎn)小于CO2激光器,但光束發(fā)散角很大。即使是國(guó)內(nèi)較具代表性的華俄激光的燈棒式Y(jié)AG激光,也只能實(shí)現(xiàn)半飛行光路,難以做到全飛行光路實(shí)現(xiàn)切割的工藝要求。
具有高效、高能量密度及柔軟傳輸性的激光,是金屬切割行業(yè)夢(mèng)寐以求的產(chǎn)品。
激光器問(wèn)世不久,美國(guó)光學(xué)公司(American optical corporation)的Snitzer 和Koester于1963年首先提出光纖激光器和放大器的構(gòu)思。1966年高錕和Hockham提出了光纖通信的基本概念。1970年后光纖通信經(jīng)歷研究開發(fā)階段(1966-1976),實(shí)用化階段(1977-1986)迅速進(jìn)入1986年以后的大規(guī)模光纖通信建設(shè)階段。隨著光通信的迅猛發(fā)展,光纖制造工藝與半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟,為光纖激光器和放大器的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。英國(guó)的南安普敦大學(xué)和通訊研究實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)漢堡技術(shù)大學(xué)、美國(guó)的Polaroid Corporation,Bell實(shí)驗(yàn)室,日本的NTT、Hoya均在光纖激光器研究中取得許多重要成果。
前蘇聯(lián),在光纖激光應(yīng)用研究方面,曾經(jīng)有過(guò)輝煌的成績(jī)。蘇聯(lián)解體后,大批專家流往國(guó)外。其中,俄羅斯人IPG 光子公司的締造者、董事會(huì)主席和執(zhí)行總裁、光纖激光工業(yè)之父 Valentin Gaportsev 博士是其中的皎皎者。他還出任IRE-Polus 研究與技術(shù)聯(lián)盟總監(jiān)職位,他為俄羅斯培養(yǎng)了一大批激光物理學(xué)領(lǐng)域年輕的科學(xué)家和專家。我國(guó)在此領(lǐng)域也有所惠及,俄羅斯在中國(guó)的技術(shù)合作企業(yè)武漢華俄激光工程有限公司也是引進(jìn)了俄羅斯專家及技術(shù),在激光切割技術(shù)方面成績(jī)顯著。
近年來(lái),大功率光纖激光器不斷問(wèn)市,性能穩(wěn)定,已經(jīng)具有了很高的實(shí)用價(jià)值,并且最大功率達(dá)1萬(wàn)瓦;單模輸出功率高達(dá)1000W,光束質(zhì)量非常好,M2小于1.1。
光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)與固體激光器的結(jié)構(gòu)基本相同。它具有如下主要特點(diǎn):
(1)光纖作為導(dǎo)波介質(zhì),纖芯直徑小,纖內(nèi)易形成高功率密度,可方便地與目前的光纖通信系統(tǒng)高效連接,構(gòu)成的激光器具有高轉(zhuǎn)換效率、低閾值、高增益、輸出光束質(zhì)量好和線寬窄等特點(diǎn);
(2)由于光纖具有極好的柔繞性,激光器可設(shè)計(jì)得相當(dāng)小巧靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、易于系統(tǒng)集成、性能價(jià)格比高;#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
(3)由于光纖具有很高的“表面積/體積”比,散熱效果非常好,所以光纖激光器可以工作在-20~70℃的環(huán)境溫度內(nèi),不需要龐大的水冷系統(tǒng),只需簡(jiǎn)單的風(fēng)冷即可,且可在惡劣的環(huán)境下工作,如在高沖擊、高震動(dòng)、高溫度、有灰塵的條件下正常運(yùn)轉(zhuǎn);
(4)具有相當(dāng)好的可調(diào)諧參數(shù)和選擇性,能獲得寬調(diào)諧范圍(380nm~3900nm)和相當(dāng)好的單色性和高穩(wěn)定性,使用壽命長(zhǎng),平均無(wú)故障工作時(shí)間在10kh甚至100kh以上;
(5)采用特殊的器件結(jié)構(gòu)可獲得高功率輸出或超短脈沖輸出。
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