复合YAG激光用于大功率焊接设备

日本高等材料加工研究所Shigeki Fujinaga研究组已用复合YAG激光光束获取焊接厚金属板设备所需的大平均功率。 该组调查了两种复合YAG激光束的方法,两者都用光纤传输。一种方法是在出口端复合,一种则是在入口端。用两束平均功率为2 kW的连续波激光束及一束1.5 kW脉冲激光光束,来决定复合平均功率为5.5 kW光束的焊接性能。 Fujinaga说：“每种复合方法都有其优缺点。在光纤的输出端复合的缺点是：设备过于庞大笨重,焊接机器人无法迅速移动。而在光纤输入端复合阻止了三束光散焦,当你想使两束连续波YAG光束与一束脉冲激光光束复合时,有时需要进行光散焦。” 为确定最佳空间排列,光束的倾斜角为15°(从垂直面向工作平面倾斜的角度)时,热柱与焊接穿透的形式是恒定的。倾斜角增加至30°,会导致分裂式穿透和焊接中横截面熔融面积增加。 但通过组合光学复合,发现虽然没有穿透分裂发生,倾斜角也不能减小至17°以下(从垂直向水平倾斜)。对水平、垂直以及仰焊都做了测定,结果是仰焊具有最大的溶合体积。 组合光学件使YAG激光易于复合,复合光束的穿透创造了独特的不分裂的锁眼,当光束散焦时会有三个点出现。 研究人员发现：当平均输出功率恒定时,当脉冲激光束位于调制光束之上时和当脉冲激光功率与总功率的比值增大时,穿透深度随光束最高功率的增加而增加。 即使可以利用大功率激光振荡器,但用复合激光光束进行材料加工的方法仍有待完善。 (以上由俞晓梅;陈敏,陈建文供稿)     

微型光纤点焊装置

由于电子组件尺寸不断缩小,焊接这些组件的互连引线变得越来越困难.Beckett等人提出用聚焦激光束产生足够的热量完成焊接的方法.他们采用二极管激光器作光源,通过光纤使聚焦光束达到焊接点.采用这种焊接装置焊接208引线(焊线距为0.050cm)获得了成功.但是,如果工作距离很长,光束即不能有效地耦合到多模光纤,聚焦光束光点尺寸仅能达到400μm,光能通过传输系统会减少到82%.     

基于光谱合束的双波长输出Nd:YAG固体激光器

报道了一种基于光谱合束的Nd:YAG固体激光器双波长光源。系统由两个固体Nd:YAG脉冲激光器通过光谱合束组合而成,两个固体Nd:YAG脉冲激光器可独立工作,有利于输出脉冲的波长调谐、功率调节和相对延迟调整。通过光栅的色散特性以及输出镜的共同外腔反馈将各个激光器锁定在不同波长,从而实现合束,获得的激光源中心波长锁定在1 061.5 nm和1 064.6 nm,两谱线中心间距为3.1 nm,组合光束的输出能量为173 mJ,组合光束的光束质量因子M²为2.8×2.2;两个Nd:YAG激光器独立工作的输出能量分别为94 mJ和92 mJ,在合束方向上的光束质量因子M²分别为2.7和2.1,在非合束方向上的光束质量因子M²分别为2.2和1.9;组合光束的输出能量为两个Nd:YAG激光器能量总和的93%,组合光束的光束质量因子与单个Nd:YAG激光束的光束质量因子M²基本相同。该双波长激光源满足波长间隔小、输出功率大小相近、同光轴等要求,在太赫兹波产生、测速激光雷达以及医疗仪器等应用领域具有重要作用。     

窄脉冲高功率激光光纤耦合技术研究

研究了实心圆锥形光锥和光纤截面的各种曲面的几何成像原理,利用光锥会聚光能的作用降低会聚光功率密度,采用球面光纤头,扩大光纤接收光能的面积.使激光光束垂直于光锥大端入射,40～50%的激光直接射出小端,其余激光在光锥内发生一次全反射射出小端.光纤头球面贴近小端同轴放置,使进入光纤的光线入射角大于光纤的全反射临界角,从而实现窄脉冲高功率激光的光纤耦合. 文中对圆锥形光锥和光纤头球面的参数进行计算.由传输光束的截面和光纤纤芯尺寸选取小端直径,使它略小于光纤纤芯直径,根据光纤数值孔径确定光锥顶角和光纤球面曲率半径. 实验采用固体YAG高重复率电光调Q激光输出,平均功率30 W,光束直径Φ6 mm,光纤纤芯直径Φ0.6 mm,实心圆锥形光锥小端直径Φ0.4 mm,光锥顶角24°,材料折射率1.52,光纤耦合效率75%.(PG10)     

采用声光元件的激光标记系统

迄今为止的激光标记系统，有将YAG或CO2激光束聚焦，用多角棱镜扫描激光束的扫描法和用TEA CO2激光等直径大的光束复制金属板掩膜文字的掩膜法。但是，它们都有缺点：前者速度慢，标记时工件必须停顿下来；而后者,当字符改换时，必须改换掩膜。     

新产品

C O2激光用光纤组件这是一种可用来传输高功率CO2激光的装置。该装置由入射组件、光纤和加工头三部分组成。采用美国Polim er公司生产的空芯光纤,这种光纤对高功率激光具有耐久性和灵活性。该装置采用旋转式入射组件,可在8个方向变位,光纤的最大入射功率为300W,最小曲率为R150,利用保护管可防止光纤的破损及漏光,并具备辅助气体注入口、光斑直径调节功能和防止光纤扭曲的旋转功能,备有4种型号且直径不同的光纤。(No.21)微细加工用连续小型脉冲YAG激光器这是一种小型轻便、低功率闪光灯泵浦的空冷/水冷式YAG激光器。其头部和电源非常小…     

高功率激光装置多路光束时间同步测试技术

采用时间关联复测方法,用光电管结合数字示波器,利用高功率激光装置三倍频测量组件中的时间测量模块实现多路激光到达靶点时间同步的同发次测试。通过光束前端输出的任意波形发生器结合光纤放大传输组件中的光纤延迟器实现激光装置多束激光到达靶室时间同步精密调节,分析结果表明多束激光束间同步测量精度小于30ps,测试技术和方法为多路激光时间同步精密诊断提供技术支撑。     

新产品

Alfalight公司生产的CDM-20型激光器组件是一种输出功率为20W,以7个大功率发射器为一单元封装的组合式组件。能产生高亮度、多模输出光束。该组件采用标准低电流电源供电,适于打标、焊接、国防、通信、固体激光器泵浦以及医用激光器等。要求使用15V、5A的电源,通过耦合光纤输出915nm波长、>20W功率的激光束。该组件易于安装固定到散热器或底座上,具有输出光束均匀的特点。(No.19)     

专利

日本东京的Fuji Xerox公司的K.Nashimoto提出一种新的扫描成像仪设计方案,成像仪由薄膜波导、激光光源、梳式类电极和声光偏振器组成。光源发出多束激光入射到薄膜波导,梳式电极激发表面声波,使薄膜波导中的激光束偏折,被偏振的激光束入射到薄膜波导的外侧。到薄膜波导外侧的光束与光源发出的光束数相等。(美国专利号:5677970)(No.67)     

激光频率转换装置

美国纽约州的Eastman Kodak公司的M.C.Gupta发明一种新的激光频率转换方法。此频率转换装置采用二极管激光器输出至少三束分立激光,第一、第二和第三条光纤与每一束光耦合,每个光纤包括一个内装的光栅,每个光纤传输的激光与其他光纤中传输光的波长有一个规定波长差,此光束一部分后向反射,入射到二极管激光器,二极管激光器将产生此波长的光束。采用频率转换结构接收发射的光束,并改变每个输入光     

光纤和曲面反射镜组合的光学应变仪

东京农工大学研制出光纤和曲面反射镜组合的光学应变仪. 光学应变仪与普通电阻应变仪相比,具有很强的抗磁、电波和化合物质干扰的能力,并具有将光纤直径和反射镜曲率最佳化容易制成应变仪的特点. 在光纤上入射激光束,从光纤端面射出的激光束扩束后入射至曲面反射镜上,激光束以与反射镜曲率相应的反射角反射,再入射到光纤端面.这时的入射光强随光纤端面和反射镜距离的不同而发生线性变化,在测量部分显示出应变.如果光纤端面和反射镜距离发生微小变化,反射镜反射回来的入射光强则发生较大变化,用光电二极管检测其强度就可以测量出应变. (以上由车会生供稿)     

基于偏振折叠的光纤耦合实验研究

基于二极管激光器mini-bar的光纤耦合方式是一种降低耦合系统成本并提高整体转换效率的方法。提出一种偏振折叠的光束整形方式,并采用一种CW 50 W mini-bar进行了相关耦合系统的设计。针对mini-bar的特殊结构与散热需求,设计了针对mini-bar封装用的特种微通道冷却器,并通过封装实验结果验证设计有效。将10片封装在铜微通道冷却器上的CW 50W mini-bar组装成两列各5 bar的叠阵,实现了两列叠阵的激光束沿快轴方向的空间合成,合成后输出功率439 W,空间耦合效率97%。根据耦合系统的设计进行了400μm芯径、0.22 NA的光纤耦合实验,得到光纤输出端脉冲激光功率186.9 W,整体光光效率为52.2%。     

激光跟踪瞄准系统的扩束系统设计

根据远距离激光跟踪瞄准系统对出射激光束的准直要求,设计了一个倍率18的激光扩束系统,系统地介绍了设计方法.按照高斯光束的透镜变换理论,计算了该扩束系统的正确离焦量,分析了系统的焦点偏移量对出射光束束腰位置和束腰半径的影响,指出扩束效率对焦点偏移量非常敏感,预测了精密调焦机构要注意的问题.     

高功率激光的聚焦性能对焊接质量的影响

分析了光束质量、球差对聚焦特性的影响,并利用横流CO2激光器及其加工系统实验研究了平-凸透射聚焦镜、抛物面反射聚焦镜对焊接质量的影响规律.结果表明,平-凸透射聚焦镜的正球差使焦点远离聚焦镜,负球差使焦点向聚焦镜靠拢,适当的球差可提高焦点光强;当入射光束无偏移时,抛物面聚焦镜比平-凸聚焦镜的焊接熔深大15%,入射光束偏移增加到0.6mm时,抛物面聚焦镜的焊接熔深迅速下降到低于平-凸透射聚焦镜.     

文献简介索引

固体激光器 12001 Nd,v几。滋光束诊断 Nd:YAG laser beam diagnosties,L.E.PoPe et al.,N83一16751. 叙述焊接用的脉冲Nd:YAG激光器诊断技术的研究程序。确定激光束偏离理想光学准直时遇到的间题。叙述诊断系统,讨论sMLA焊接系统。 〔树〕 12002滋光和滋光器件的研究,最后报告     

光丝位置对铝合金激光填丝焊接过程的影响

为了明晰光丝距离对激光填丝焊接过程影响规律, 采用高速摄像、外观检查、宏观金相等方法, 对3种光束模式下不同光丝距离与激光堆焊关系进行了理论分析和实验验证, 得到了光丝距离对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池波动和焊缝凝固的稳定性影响数据。结果表明, 光丝位置由相交(-5mm)向相离(+5mm)变化时, 熔滴过渡经历"液滴→液滴+液桥→液桥→液滴+液桥"阶段; 相同光丝距离时, 单光束激光模式、双光束激光串行模式和双光束并行模式的焊缝熔深依次降低, 甚至出现焊缝偏移和无熔深现象; 单光束模式和双光束串行模式对焊丝熔化和熔池的影响规律近似, 但双光束并行模式下具有特殊性; 单光束激光焊接时, 随着离焦量的增加, 焊缝的熔深由最大值409.8μm迅速减小到282.6μm; 双光束激光串行模式时, 焊缝的最大熔深仅为328.4μm, 随着离焦量降低而减小, 但正离焦量为焊缝截面呈现不对称状态; 双光束激光并行焊接模式时, 焊丝偏向小功率激光束时, 焊缝无熔深; 随着焊丝向大功率激光束移动, 形成仅有226.5μm小熔深焊缝。该研究为铝合金激光增材和焊接提供了参考。     

镀镍电池壳脉冲YAG激光缝焊工艺

研究了低功率脉冲YAG激光对电池壳封焊的应用.封焊接头由缝焊形成,焊接过程中熔入到焊缝中的镀镍可导致焊接裂纹产生,为此脉冲YAG激光焊接工艺必须保证焊缝有足够的致密性、良好的焊缝成形和表面光洁度,以及裂纹的防止.脉冲激光焊接主要工艺参数有脉冲重复率、脉冲宽度、脉冲放电电压、激光光斑的离焦量、焊接速度,这些参数的合理匹配,可获得理想的激光平均功率、激光功率密度和激光峰值功率.本研究表明采用正离焦焊接时,当激光功率密度达到一临界值时,焊缝可有效地避免裂纹的形成,激光平均功率达到一定值时可保证工件熔透,并有适当的熔宽,但激光功率密度过大将导致焊缝出现切割效应,而激光平均功率过大则引起焊缝表面严重下凹而使焊缝成形恶劣.脉冲重复率和焊接速度的合理匹配是焊缝致密性和表面质量保证是主要因素.(PE3)     

高亮度绿光半导体激光器光纤耦合系统设计与仿真

针对矩形阵列光束与光纤耦合的角度填充系数低,以及未能充分利用光纤数值孔径的缺点,提出密堆积阵列光束的光纤耦合方式以最大化角度填充系数,从而提升光纤耦合的输出亮度。基于该排布方式设计无像差平行平板缩束装置,相比于望远镜缩束系统,该装置可保持光束发散角不变,消除阵列光束之间的暗区,改善组合光束的光束质量。仿真结果表明,该装置可将14支功率为1.5 W绿光单管耦合进数值孔径为0.15和芯径为105μm的光纤中,获得93.75%的光纤耦合效率,输出功率为19.13 W,对应亮度为3.125 MW·cm^-2·Sr^-1,系统的总光-光传输效率达91.10%。     

光纤熔锥相向注入二极管激光器

讨论了光纤熔锥耦合外腔法改善二极管激光列阵光束质量的特点。采用多模光纤熔锥方法实现了两个半导体激光器(LD)之间的互注入。单模半导体激光器与光纤之间采用直接耦合的方法,耦合后两光纤输出功率都为5mW。互注入后LD1的波长由656.2nm变为657.2nm,光纤输出功率降为3mW,LD2波长由658.8nm变为658.2nm,光纤输出功率降为2.9mW。光纤熔锥时相向放置,激光束可直接进入对方谐振腔,不需再使用外腔反馈镜。     

光纤扫描激光雷达技术

简单介绍了新体制光纤扫描激光雷达的原理及组成,包括两套对称的光纤束,分别用作激光束的发射和接收系统.介绍了该雷达系统光束扫描范围、光束发散角及物镜的有效通光口径等参数的设定,前两者主要由传能光纤的孔径、摆布位置、透镜物镜的焦距等确定,这三者的关系是密切相关、互相制约的.分析了光纤扫描激光雷达关键技术,即如何提高空间自由光与光纤的耦合效率,详细分析了影响激光光纤耦合效率的因素,包括光纤耦合条件、高精度光纤面板加工、激光发射与扫描电机同步控制.指出实现光纤扫描激光雷达的现实性.