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行业解密丨光纤激光切割机的工作原理竟然是酱紫的

发布单位：武汉华宇诚数控科技有限公司发布时间：2020-6-13

    “激光”一词是“Laser”的意译。Laser 英文原意Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ，在中国曾被译为“镭射”、“光激射器”、“光受激辐射放大器”等。1964 年，钱学森院士提议取名为“激光”，既反映了“受激辐射”的科学内涵，又表明它是一种很强烈的新光源，从此“激光”这个词被认同且沿用至今。
    光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来。在泵浦光作用下光纤内很容易形成功率密度升高，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。
    光纤激光器结构
    激光信号的产生需具备粒子数反转、存在光反馈和达到激光阈值三个基本条件，因此激光器是由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成。光纤激光器的基本结构如下，增益光纤为产生光子的增益介质；抽运光的作用是作为外部能量使增益介质达到粒子数反转，也就是泵浦源；光学谐振腔由两个反射镜组成，作用是使光子得到反馈并在工作介质中得到放大。抽运光进入增益光纤后被吸收，进而使增益介质中能级粒子数发生反转，当谐振腔内的增益高于损耗时在两个反射镜之间便会形成激光振荡，产生激光信号输出。
    光纤切割特点

    1、光束质量好
    光纤的波导结构决定了光纤激光器易于获得单横模输出，且受外界因素影响很小，能够实现高亮度的激光输
    出。
    2、高效率
    光纤激光器通过选择发射波长和掺杂稀土元素吸收特性相匹配的半导体激光器为泵浦源，可以实现很高的光转化效率。对于掺镱的高功率光纤激光器，一般选择915纳米或975纳米的半导体激光器，荧光寿命较长，能够有效储存能量以实现高功率运作。商业化光纤激光器的总体电光效率高达30%—50%，有利于降低成本，节能环保。
    3、散热特性好
    光纤激光器是采用细长的掺杂稀土元素光纤作为激光增益介质的，其表面积和体积比非常大。约为固体块状激光器的1000倍，在散热能力方面具有天然优势。中低功率情况下无需对光纤进行特殊冷却，高功率情况下采用水冷散热，也可以有效避免固体激光器中常见的由于热效应引起的光束质量下降及效率下降。
    4、结构紧凑，可靠性高
    由于光纤激光器采用细小而柔软的光纤作为激光增益介质，有利于压缩体积、节约成本。泵浦源也是采用体积小、易于模块化的半导体激光器，商业化产品一般可带尾纤输出，结合光纤布拉格光栅等光纤化的器件，只要将这些器件相互熔接即可实现全光纤化，对环境扰动免疫能力高，具有很高的稳定性，可节省维护时间和费用。
    光纤激光器优势
    光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有以下优势：
    1、玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可绕性所带来的小型化、集约化优势。
    2、玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以转换效率较高，激光阈值低。
    3、输出激光波长多：这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多。
    4、可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。
    5、由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。
    6、光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。
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