激光技術(shù)光纖激光器的應(yīng)用

    現(xiàn)在，光纖激光器是由很長的摻雜雙包層光纖和高可靠性、多模、單發(fā)光體半導(dǎo)體激光器組成，該半導(dǎo)體激光器為光纖外包層提供泵浦光。這些單發(fā)光結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體二極管的壽命高出條行結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體二極管10到100倍，是高可靠性和免維護運行的關(guān)鍵所在。目前，基于相同可靠性設(shè)計的通訊產(chǎn)品用的半導(dǎo)體泵浦激光器在5W、25度室溫下測試說明MTBF值超出20萬小時。此外，在與其他種類相同功率單模(TEM00)激光器相比，光纖激光器具有獨特的優(yōu)勢，特別在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。主要包括：高墻插（電源）效率、緊湊設(shè)計、易于進行光傳輸和冷卻系統(tǒng)集成以及能提供長達1萬小時連續(xù)出光而無須任何人為看管的免維護運行。
    光纖激光器只消耗相當(dāng)于1%的燈泵激光器所需電能，同時其效率是半導(dǎo)體泵固體激光器（Nd激光系統(tǒng)）的兩倍以上。更高的效率、更長的使用壽命、更少的維護結(jié)合起來使得光纖激光器的擁有者的成本富有極強的吸引力。光纖激光器在那些要求近紅外高光束質(zhì)量的激光器應(yīng)用中大有用武之地。他們會對小的聚焦光斑、高的功率密度有特殊的興趣，如桌面式的生產(chǎn)。一束100W的激光輸出光斑可以被聚焦到5um那么小，這相當(dāng)于亮度是109W/cm2�，F(xiàn)在光纖激光器的應(yīng)用定位包括：選擇性的焊接、標(biāo)刻、各類藝術(shù)成像、退火、微機械器件的折曲、1~2mil不銹鋼部件的切割等應(yīng)用。
標(biāo)刻應(yīng)用
    光纖激光標(biāo)刻系統(tǒng)占地空間很小，而且完全免維護。光纖激光器的卓越光模式質(zhì)量特別適合在高精度的標(biāo)刻應(yīng)用。帶有光束準(zhǔn)直裝置的單模光纖和集成的光學(xué)聚焦系統(tǒng)提供了易于集成長達7m距離的光束傳輸系統(tǒng)。
    一套光纖激光打標(biāo)系統(tǒng)可以由一個或兩個功率為25W的光纖激光器，一或兩個用來導(dǎo)光到工件上的掃描頭以及一臺控制掃描頭的工業(yè)電腦組成。這種設(shè)計比用一個50W激光器分束到兩個掃描頭上的方式高出達4倍以上的效率。該系統(tǒng)最大打標(biāo)范圍是175x295mm, 光斑大小是35um，在全標(biāo)刻范圍內(nèi)絕對定位精度是+/-100um。100mm工作距離時的聚焦光斑可小到15um。內(nèi)陷的手動變焦光學(xué)系統(tǒng)使得聚焦光斑可以根據(jù)需要擴大到150um而不需移動掃描頭。
材料處理的應(yīng)用
    光纖激光器的材料處理是基于材料吸收激光能量的部位被加熱的熱處理過程。1um左右波長的激光光能很容易被金屬、塑料及陶瓷材料吸收。
    用一個25W光纖激光器以150mm/Sec的速度在不銹鋼上雕刻字符和商標(biāo)。薄的不銹鋼箔能用15W的光纖激光器以750mm/sec的速度進行雕刻。陽極電鍍處理過的鋁片經(jīng)25W激光功率雕刻后則顯現(xiàn)出很高的對比度。這里，激光能量僅僅把鍍在上面的有色薄涂層“吹”走而露出下面空白的金屬。另外一個精密的層移除應(yīng)用是用高能量密度的激光標(biāo)刻汽車發(fā)動板或電子鍵盤中的背光照明手柄和按鍵。這里，高聚焦性能適合這類高精密的涂敷層的材料移除應(yīng)用。
    相比于典型的調(diào)Q的燈泵或半導(dǎo)體泵固體激光系統(tǒng)的“非一致性”標(biāo)刻，用連續(xù)光纖激光器制成的標(biāo)刻系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于非“入侵”性的標(biāo)刻中。這對于在半導(dǎo)體封裝上的膜層打標(biāo)是十分重要的。調(diào)Q的固體激光器都會可能產(chǎn)生“非一致性”的打標(biāo)深度和寬度；而且，由于傳統(tǒng)Q開關(guān)激光器的高能量和短脈沖缺點，標(biāo)記效果可能發(fā)生變形，這些變形可能導(dǎo)致微斷裂，從而危及工件的壽命和性能。用連續(xù)光纖激光器做的標(biāo)記根本上不會有變形。
材料彎曲的應(yīng)用
    光纖激光成型或折曲是一種用于改變金屬板或硬陶瓷曲率的技術(shù)。集中加熱和快速自冷切導(dǎo)致在激光加熱區(qū)域的可塑性變形，永久性改變目標(biāo)工件的曲率。研究發(fā)現(xiàn)用激光處理的微彎曲遠比其他方式具有更高的精密度，同時，這在微電子制造中是一個很理想的方法。
    連續(xù)光纖激光器為硬盤驅(qū)動器工業(yè)在24/7生產(chǎn)環(huán)境中提供了一種高性能和高可靠的工具來精確彎曲半導(dǎo)體、陶瓷和金屬組件。精細可控的光纖激光光束滿足了磁盤驅(qū)動器廠家的需求,為其在一系列更小的裝置上提供更加精確和重復(fù)性能的彎曲方法。其他的優(yōu)點包括在生產(chǎn)過程中不需要保護裝置或耗材,使得生產(chǎn)投資達最小。
激光切割的應(yīng)用
   在醫(yī)療器械工業(yè)中，激光微切割存在巨大的需求。目前用于這領(lǐng)域的主要是低廉的燈泵固體激光器�？墒�，為滿足不斷要求提高的成品率、激光可靠性能以及更少人工維護的需求，對是否繼續(xù)保留這種傳統(tǒng)的激光系統(tǒng)來適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)應(yīng)用的生產(chǎn)環(huán)境提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。光纖激光器的橫空問世，提供了很多優(yōu)點來維持高增長和高產(chǎn)量。單模光纖激光器不需要反射鏡對焦，不再需要閃光燈的更換，完全免維護,緊湊的風(fēng)冷設(shè)計又節(jié)約了昂貴的超凈廠房空間。
    隨著光纖激光器的功率不斷攀升，光纖激光器在工業(yè)切割方面得以被規(guī)�；瘧�(yīng)用。比如：用快速斬波的連續(xù)光纖激光器微切割不銹鋼動脈管說明了這是一款卓越的微切割工具。在切割實驗中，簡單的泵浦二極管激發(fā)允許斬波頻率高達3000HZ。由于它的高光束質(zhì)量，光纖激光器可以獲得非常小的聚焦直徑和由此帶來的小切縫寬度正在刷新今天醫(yī)療器件工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。
總 結(jié)：
    光纖激光器，一個緊湊，風(fēng)冷，“嵌入式”的器件，幾乎適合所有的生產(chǎn)線，并具有持續(xù)多年不需更換部件和維護的設(shè)計等特點。極高的光束聚焦性能提供了超高的功率密度使得在有效的工作距離里享有更廣范圍的應(yīng)用。 
    然而，這些激光器最令人興奮的前景，是由他固有的輕便和積木式的現(xiàn)代光纖激光概念帶來的可觀的成本節(jié)約。隨著市場需求量的增長和生產(chǎn)工藝的流水線化，半導(dǎo)體泵浦激光器和光纖組件的生產(chǎn)成本將會大大降低，將會使得光纖激光器的成本與等效的傳統(tǒng)激光系統(tǒng)成本相比更低。