基于陶瓷焊接的半导体激光器合束及聚焦研究

为了解决石油输送管道Al₂O₃陶瓷内衬管的连接问题,研制了专用的半导体激光光源用于陶瓷激光焊接。实验研究了陶瓷激光焊接所需要的半导体激光工艺参量及光束要求,采用单管空间合束、偏振合束、波长合束以及菲涅耳聚焦系统输出等方式,研制了光场分布均匀的半导体激光陶瓷焊接系统。结果表明,所设计半导体激光器偏振合束输出功率为384W,合束效率达到96.62%,经波长合束后输出功率可以超过800W,聚焦系统输出光斑均匀度为93.85%。该系统可以成功应用于不同场合的陶瓷焊接生产中,满足2mm厚度Al₂O₃陶瓷激光焊接要求。     

大功率半导体激光加工光致等离子体折射效应

为了研究大功率半导体激光加工过程中,光致等离子体对激光光束显著的屏蔽作用,以波长为976nm、光斑尺寸为0.5mm1mm、最大功率为4kW的半导体激光加工系统为实验基础,采用了与实际相符的光致等离子体电子密度数学模型和几何光学ABCD矩阵算法,从吸收和折射两方面对光致等离子体的屏蔽作用进行了理论分析和实验研究,得到了在光致等离子体电子密度ne1.01018/cm3的条件下,光致等离子体的折射效应才是引起半导体激光光束屏蔽的主要原因这一结果。结果表明,光致等离子体改变了聚焦光束的形态,使其焦点下移、光斑变大、能量密度变小,其效果类似于一个非线性梯度折射率的负透镜。