激光加工非接触局部材料的实用范围

通过光学系统聚焦激光束时,聚焦点上的功率密度提高到几乎使任何物质立刻蒸发或熔化的程度。于是通过非接触局部加热材料的过程,完成激光加工的任务。本文中,我们将讨论怎样应用激光束来加工各种类型的材料。     

基于CPLD的激光驱动电源的设计

1 引言 激光加工主要是利用CO2激光束聚焦在材料表面使材料熔化,同时用与激光束同轴的压缩气体吹走被熔化的材料,来完成所需轨迹图形的切割或者相应工艺品表面的雕刻.激光加工属于非接触加工,具有加工方法多、适应性强、加工精度高、质量好和加工效率高等优点.激光驱动电源作为激光器的直接控制单元,其光开关响应的最高频率和出光功率稳定和可靠性会直接影响最终的加工效果.基于快速响应和出光稳定的需求,乐创自动化技术有限公司研发了一种基于CPLD的数字式大功率激光驱动电源.     

第四章 激光传输技术

激光传输是研究激光束与传输介质相互作用的一门技术 ,其主要任务是通过对传输介质光学性质的研究 ,揭示激光束的传输特性和规律。与其他激光技术一样 ,也是影响激光工程应用的重要因素之一。前面所述的激光单元技术的目的在于从各个侧面提高激光束的质量 ,传输技术则是通过对传输介质光学特性的研究尽可能地保持激光束的质量而不受传输介质的破坏。激光传输介质可分为天然介质(如大气、水 )和人工介质 (如各种光波导、光纤等 )。地面大气层中激光信息系统涉及激光大气传输技术 ,激光水下探测涉及激光水下传输技术 ,光纤通信网涉及光纤传输…     

水射流导引激光钻孔传热分析及数值模拟

水射流导引激光加工是一种新型的加工技术,结合了激光加工和水射流加工的优点,其中高速微水射流像"液体光纤"一样来导引激光束,具有更加优异的加工性能,更高的加工精度和质量.将钻孔过程分为三个阶段,基于有限体积法建立了水射流导引激光束对硅工件进行钻孔的传热模型,模拟了水射流导引激光钻孔过程中的热量传递,相变过程和动边界的传递过程.结果表明:工件上最高温度出现在壁面以下区域;射流在激光加工中有强冷却作用,明显减小了热影响区.     

激光束与光纤耦合优化取值及应用

运用衍射光学元件技术的进步,分析激光束与光纤的耦合特性。研究和实验光束用光纤传输的优化参数取值及相关因素。讨论光束变换的激光柔性加工PCB中的应用。     

医用光纤

未来的集成光纤系统可包括进行摄象的光纤束,再加上用于传输诊断或治疗激光束的单根光纤。新奇的光纤技术将使医学的许多领域发生巨大变化。例如,超小型激光内窥镜能够在人体内完成显微外科功能,以代替多数外科手术。因此,可用这类系统来治癌或“打通”堵塞了的动脉血管。     

808 nm大功率半导体激光器光纤耦合模块系统

根据808 nm大功率半导体激光列阵(LDA)的远场光场的分布特点,利用多模光纤柱透镜和光束转换装置对808 nm半导体激光列阵的发散角进行压缩整形,通过聚焦准直透镜将激光束耦合进入芯径为400 μm的光纤,实现了30 W的功率输出,其中最大耦合效率大于80%,光纤的数值孔径(NA)为0.22.通过分析其输出光斑和输出曲线,表明LDA与光纤耦合系统不仅从各个方向同时压缩了激光束的发散角,有效地实现了对激光束的整形、压缩,而且性能稳定,可靠实用.     

水导激光加工技术

水导激光加工是一项以细水喷流引导激光束为基础的世界性专利技术.由于水和空气的折射率不同,水喷流中的激光束在水的内表面发生类似于在光纤中的全反射,因此水流称得上为一种"长度可变的液体纤维"(见图1).     

用于固体激光器的玻璃光纤激光传输系统

光缆的供货长度均在150m以内。这样借助一个插头系统即可使用芯径为200～1000μm的不同类型光纤。安全传感技术提供了监控插接状态、插头温度以及从激光输出端到加工头防护玻璃整个激光传输的可能性。有故障时，对有问题的激光传输系统可进行维修，大部分插头可重新使用。玻璃光纤激光传输系统激光器产生的高能光束，通过镜组耦合进玻璃光纤并传输到使用地点（图1）。激光束在光纤的另一端，由加工头和输出耦合镜组聚焦在工件上。图1光纤激光传输系统示意图玻璃光纤结构可与近年来在信息传输方面卓有成效的高纯石英纤维（SiO2）媲美。根据…     

高功率矩形光斑激光非相干空间合束

激光表面热处理技术是进行金属材料表面强化和改性的最有效手段之一。为实现高速、柔性激光表面热处理,按照矩阵平行排列18束光纤输出的972 nm半导体激光束,通过光束准直和空间非相干合束,获得了具有矩形光斑特征的10 kW级合束激光。在理论分析准直激光束的半径、相邻光束间距与合束激光的光斑搭接率之间变化规律、采用Code V光学设计软件建立合束器结构模型及TracePro光学仿真软件模拟合束激光光斑能量分布的基础上,完成了10 kW级18×1矩形光斑激光非相干空间合束器的研制。在200 mm的合束长度内实现了具有单一矩形光斑形貌、最大合束功率10.249 kW、焦斑尺寸31 mm×11 mm、中心波长972.34 nm、谱线宽度2.27 nm的合束激光输出。     

GSI和LPA合作开发高效光纤耦合半导体激光器

GSI集团的一个激光分公司在赫瑞一瓦特大学公布了一个与LPA集团的合作开发项目,该项目总额120万英镑。作为高功率激光加工系统的领先供应商,GSI积极发展光纤耦合半导体激光器,使这种激光束能够应用到更加广泛的主流应用设备当中。特别是该项目旨在发展该激光器的效率,应用到激光焊接领域,使之比MIG（惰性气体保护焊接）或其它技术更高效。     

用于检验和显示的多色激光器

激光显示和半导体检验可能是以光纤为基础的、发射红、橙、绿或蓝色激光的固体激光器未来的两项应用。这些发现在很大程度上是出于偶然，洛斯·阿拉莫斯国家实验室的Gosnell和互ie当时正在进行光放大的常规实验．他们重复着几年前法国人做过的实验，在实验中用近红外激光束泵浦按有三w’w子（Yb’＋）ws＆’w于（Pr”“）toZBLAN光纤，在红色波段发射较弱的激光．Gosnell和Xie设想，这些离子之间以及离子与京浦激光之间可能存在着产生光于雪崩的相互作用．当他们使一束近红外激光束通过玻璃光纤时，Yb3十高于将它的能量向基态的Pr3十离…     

激光技术讲座：第六章 激光民用技术（续）

6 .3　激光加工　　激光加工是激光应用的重要领域 ,各种激光加工设备已商品化 ,激光加工业已经形成。激光加工大致可分为三个方面 :常规工业加工、微加工和快速成型加工。6 .3.1　激光常规工业加工常规工业加工主要是指激光对金属、塑料等各种材料的切割、焊接、打孔、打标、弯曲成形、表面处理等加工过程。使用的激光器包括 :CO2 激光器、YAG激光器、半导体激光器、光纤激光器等。激光材料加工的基本原理是 :用聚焦的激光束去蒸发、熔化待加工的材料 ,或者在化学上改变材料的性质等。激光加工工艺过程是复杂的 ,不同的加工任务 ,对激光…     

美国黑福斯公布1项最新激光塑料焊接技术

激光焊接的基础是超过连接的母材强度的接头通过向连接的母材发射高能激光束,使母材吸收、熔化并融合在一起的过程来实现。传统的激光焊接技术依靠光纤传输激光,结果焊缝宽度仅有约1mm,这一局限使激光焊接大构件或几何形状复杂的塑料构件成为一个既费时又困难的工序。     

激光毛化加工新型调制斩光系统的设计

为了提高CO2激光毛化轧辊的质量，根据激光束扩束聚焦的特点，设计了一种新型激光束调制斩光系统。采用机械式调制斩光盘使激光束交替透射与反射到加工表面，达到先预热后毛化或双点毛化的效果。讨论了激光束的调制聚焦光学参数的选择方法，并结合实例进行了讨论。结果表明，通过对光腰位置以及散焦程度进行调节，可以获得合理的焦斑大小与能量密度。使用该光束调制装置加工的毛化轧辊表面具有各向同性和均匀一致的粗糙度，以及较高的耐磨性。     

用于油井激光射孔的10 kW激光19×1空间非相干合束

激光射孔是油井完井工程领域一项具有前瞻性的技术,对提高石油资源采收率具有重要的应用价值。为提高油井激光射孔所使用的激光功率和激光传输的安全性,利用19台光纤传输972 nm半导体激光器实现了10 kW级激光空间非相干合束。通过分析参与合束的准直激光束的半径、间距与合束激光的光斑重叠率之间的变化规律以及模拟合束激光横截面能量分布,完成激光空间非相干合束器的结构设计。在300 mm的合束长度内实现了具有单一光束形态且最大合束功率达到10.441 kW、焦斑直径21 mm、线宽2.46 nm的空间非相干合束激光输出,合束效率达到98.2%。利用10 kW空间非相干合束激光完成了针对砂岩和钢板的地面激光射孔实验,射孔深度分别达到570 mm和70 mm。     

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)     

不锈钢带的脉冲Nd：YAG激光焊接

在材料加工领域，激光焊接正得到广泛的关注，并已成为替代其它焊接的主要手段之一。由于激光束具有加热面积小，能量密度高，瞬时可使光照区达到熔化温度，因而焊点（缝）结合强度高，热影响区小，对母材性能影响小。CO。激光和固体Nd：xHG激光是目前工业中应用较多的两种激光器。COZ激光易于实现高功率，而固体Nd：YAG激光易为加工材料所吸收，并可用光纤传输，从而实现自动化加工，所以近年来发展比较快。本文采用我单位研制的Nd：YAG激光加工机，研究了不锈钢带（厚O．3～lmm）激光焊接中，工艺参数对焊接质量的影响。通过焊缝成…     

希捷硬盘推出OAW技术

最近希捷公司推出了一项新的数据存储技术——OAW(Optically Assisted Winchester),即光学辅助拾取。该技术以传统的磁读写技术为基础,结合了激光技术,使低强度激光束通过光纤进入磁头,再通过一个微电机镜反射到磁盘表面,利用激光技术为磁头提供精确定位,通过使用     

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.