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1、第第2章章 典型激光器介绍典型激光器介绍2013年秋年秋机电工程学院机电工程学院温州大学研究生课程温州大学研究生课程激光先进制造技术激光先进制造技术典型激光器典型激光器1、 常见激光器概述常见激光器概述按激光工作介质：按激光工作介质：固体激光器固体激光器 (光纤激光器）光纤激光器）气体激光器气体激光器半导体激光器半导体激光器染料激光器染料激光器自由电子激光器自由电子激光器激光器的分类激光器的分类按化学组成：按化学组成：原子激光器原子激光器分子激光器分子激光器离子激光器离子激光器自由电子激光器自由电子激光器准分子激光器准分子激光器已记录到的激光振荡波长有一万种以上。已记录到的激光振荡波长有一万种
2、以上。激光运转方式激光运转方式:连续连续脉冲脉冲单脉冲单脉冲重复频率重复频率准连续准连续激光调制方式激光调制方式自由运转自由运转调调Q锁模锁模1. 1. 固体激光器固体激光器分为晶体和玻璃两类，在基质材料中掺入激活离分为晶体和玻璃两类，在基质材料中掺入激活离子而制成。子而制成。 目目前前已已实实现现激激光光振振荡荡的的不不同同基基质质掺掺杂杂体体系系的的工工作作物物质质有有200多多种种，但但是是，性性能能好好，使使用用广广泛泛的的主主要有下面三种。要有下面三种。（1）钕玻璃激光器）钕玻璃激光器在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质 = 1.053 m 由由于于可可获
3、获得得大大体体积积均均匀匀性性良良好好的的钕钕玻玻璃璃，因因而而可可制制成成大大型型器器件件，获获得得高高能能量量和和功功率率的的激激光光，现现已已制制成成输输出出功功率率1014W激光器。激光器。（2）红宝石激光器）红宝石激光器工作方式：连续、脉冲工作方式：连续、脉冲发发 散散 角角 ： 10-3rad，一般为多模输出；，一般为多模输出； 泵浦功率泵浦功率阈值阈值1020%单模单模工作物质：红宝石晶体工作物质：红宝石晶体输出波长：输出波长：输出线宽：输出线宽：（3）掺钕钇铝石榴石（）掺钕钇铝石榴石（ Nd :YAG）输出波长：输出波长： = 1064nm、914nm、1319nm工作方式：连
4、续、高重复率脉冲工作方式：连续、高重复率脉冲 工作物质：工作物质：YAG晶体内掺进稀土元素钕晶体内掺进稀土元素钕 因可掺进较高浓度的钕，故工作物质单位体积能提供较高因可掺进较高浓度的钕，故工作物质单位体积能提供较高的激光功率，激光器也可作的比较小，若半导体激光器作泵浦的激光功率，激光器也可作的比较小，若半导体激光器作泵浦源的器件体积更小。源的器件体积更小。Applications Spectroscopy 光谱学光谱学Fiber laser research 光纤激光器研究光纤激光器研究Telecommunications research 远程通信研究远程通信研究Semiconductor
5、studies 半导体研究半导体研究（4）连续波可调谐连续波可调谐钛蓝宝石激光器钛蓝宝石激光器 3900S CW Tunable Ti:sapphire Laser输出波长从输出波长从675到到1100nm 由由Ar laser或或LD泵浦泵浦532nm激光器泵浦激光器泵浦TEM00输出功率可达输出功率可达3.5W cwThe high-performance, tunable, solid state IR laser2. 2. 气体激光器气体激光器 工作物质工作物质:各种混合气体，光学均匀性好。各种混合气体，光学均匀性好。 气体激光器在单色性、光束稳定性方面比固体、半气体激光器在单色性、光
6、束稳定性方面比固体、半导体、液体激光器优越。导体、液体激光器优越。谱线已达数千种谱线已达数千种 (160nm4mm)工作方式：连续运转（大多数）工作方式：连续运转（大多数）多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。 原原 因因 ： 通通 常常 气气 体体 气气 压压 低低 ， 单单 位位 体体 积积 内内 粒粒 子子 数少。数少。（1）氦）氦-氖激光器氖激光器工作物质：氦氖混合气体工作物质：氦氖混合气体 激光由氖原子发射，氦气起改善气体放电条件，激光由氖原子发射，氦气起改善气体放电条件，提高激光器输出功率的作用。提高激光器输出功率的作用。输出波长：常用的为输出波长
7、：常用的为 =632.8nm 根据选择的工作条件激光器可以输出近红外、根据选择的工作条件激光器可以输出近红外、红光、黄光、绿光。红光、黄光、绿光。（ =3.39m ； =1.15m）（2）CO2 激光器激光器工作物质：工作物质： CO2 、He、N2、Xe的混合气体的混合气体 激光由激光由CO2分子发射，其它气体协助改善激分子发射，其它气体协助改善激光器的工作条件，提高激光器输出功率水平和使用光器的工作条件，提高激光器输出功率水平和使用寿命。寿命。输出波长：输出波长： =10.6m CO2 激光器是输出激光器是输出功率最高的气体激光功率最高的气体激光器，有连续输出器，有连续输出50kW；脉冲输
8、出；脉冲输出1012W的激的激光器。光器。（3）氩离子气体激光器）氩离子气体激光器 输出波长：输出波长： =488nm； =514.5 nm ； 在可见光区输出功率最高，输出功率从几瓦在可见光区输出功率最高，输出功率从几瓦几百瓦。几百瓦。氩氩/氪离子激光器，氪离子激光器，Stabilite 2017 Argon/Krypton Ion Laser氦-镉激光器 以镉金属蒸气为发光物质，主要有两条连续谱线，即波长为325nm的紫外辐射和441.6nm的蓝光，典型输出功率分别为125mW和1100mW。主要应用领域包括活字印刷、血细胞计数、集成电路芯片检验及激光诱导荧光实验等。俄罗斯俄罗斯PLASM
9、APLASMA公司的氦公司的氦镉激光器镉激光器铜蒸气激光器 一般通过电子碰撞激励，两条主要的工作谱线是波长510.5nm的绿光和578.2nm的黄光，典型脉冲宽度1050nS，重复频率可达100KHz。当前水平一个脉冲的能量为1mJ左右。这就是说，平均功率可达100W，而峰值功率则高达100KW。 氮分子激光器氮分子激光器VSL-337ND-S Nitrogen Laser 脉冲放电激励输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉冲放电激励输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉宽小于脉宽小于10nS，重复频率数十，重复频率数十Hz数千数千Hz，主要用作染，主要用作染料激光器的泵浦源，也可用于光谱分析、检
10、测、医学及料激光器的泵浦源，也可用于光谱分析、检测、医学及光化学方面光化学方面。常见波长：。常见波长：337.1nm、357.7nm（3）氮分子激光器）氮分子激光器 3. 3. 半导体激光器半导体激光器 特特点点：体体积积最最小小、重重量量最最轻轻，使使用用寿寿命命长长，有有效使用时间超过效使用时间超过10万小时。万小时。输出波长范围：紫外、可见、红外输出波长范围：紫外、可见、红外输出功率：输出功率：mW、W、kW。由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的激光器。激光器。DFB半导体激光器示意图半导体激光器示意图 DBR半导体激光器示意图半导
11、体激光器示意图 垂直腔面发射半导体激光器（垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）量子级联激光器量子级联激光器(quantum cascade lasers, QCLs)基于电子在半导体量子阱中导带子带间跃迁和声子辅助共振隧穿原理的新型单极半导体器件。光纤耦合（尾纤型光纤耦合（尾纤型-pigtail package）半导体激）半导体激光器件光器件 ProLite型光纤耦合单发射激光器型光纤耦合单发射激光器194、液体激光器、液体激光器v以某种以某种有机染料有机染料溶解于一定溶剂中作为激活介质溶解于一定溶剂中作为激活介质的激光器的激光器优点：优点：v波长可调谐，调谐范围宽波长可调谐，调谐范围宽v光
12、谱分辨率高光谱分辨率高v结构简单结构简单v价格便宜价格便宜v稳定性差稳定性差若丹明若丹明6G（Rhodamine 6G）溶于甲醇或者乙二醇。溶于甲醇或者乙二醇。20将充有染料溶液盒放将充有染料溶液盒放置于激光腔内，提供置于激光腔内，提供泵浦，产生激光。泵浦，产生激光。用光栅代替反射镜。用光栅代替反射镜。激发辐射带宽降低到激发辐射带宽降低到0.5 ，可以让激光，可以让激光在整个荧光带范围内在整个荧光带范围内调节。调节。泵浦可以用闪光灯来泵浦可以用闪光灯来实现，得到的激光脉实现，得到的激光脉宽宽1ms，峰值功率几，峰值功率几kW，重复频率，重复频率1Hz。也可以用固定波长激也可以用固定波长激光器泵
13、浦。光器泵浦。工作原理工作原理21Dye laser output curves of some common laser dyes22自由电子穿过磁场产生自发辐射，自由电子穿过磁场产生自发辐射，自由电子跟光场的能量转移自由电子跟光场的能量转移自由电子的群聚自由电子的群聚 光波长尺度小团，产生相干辐射光波长尺度小团，产生相干辐射 5、自由电子激光器、自由电子激光器23杰斐逊实验室自由电子激光器杰斐逊实验室自由电子激光器第一个自由电子激光器第一个自由电子激光器（IR-Demo）于）于1999 年年8月调试完毕月调试完毕 24北京自由电子激光装置北京自由电子激光装置(BFEL)是一台基于是一台基于
14、30MeV电子直线电子直线射频加速器驱动、用热阴极微波电子枪射频加速器驱动、用热阴极微波电子枪 和和a铁作为注入器、用铁作为注入器、用平面型永磁扭摆铁和光学谐振腔作为光电互作用装置的低增益平面型永磁扭摆铁和光学谐振腔作为光电互作用装置的低增益中远中远 红外红外(7-19mm)自由电子激光器。自由电子激光器。波形光谱能量波形光谱能量光光传传输输线线光腔准直监控光腔准直监控 2、 常见工业激光器常见工业激光器工作特性工作特性工业激光器的基本原理和特点工业激光器的基本原理和特点1.1 激光器的工作原理简介；激光器的工作原理简介；1.2 工业激光器的种类、特点比较；工业激光器的种类、特点比较；1.3
15、评价工业激光器性能指标的评价工业激光器性能指标的关键技术参数关键技术参数需要掌握的重点内容需要掌握的重点内容1）典型工业激光器的种类及特点；）典型工业激光器的种类及特点；2）评价上述各类激光器的主要技术参数。）评价上述各类激光器的主要技术参数。产生激光的基本条件：产生激光的基本条件：谐振腔：产生受激辐射光放谐振腔：产生受激辐射光放大的基本条件；大的基本条件；工作介质、工作方式：工作介质、工作方式：CO2CO2、Nd:YAGNd:YAG晶体等；晶体等；泵浦源：直流电源、射频电源、泵浦源：直流电源、射频电源、氪灯光源、二极管激光等等；氪灯光源、二极管激光等等；冷却系统：确保激光放电过程能够持续、冷
16、却系统：确保激光放电过程能够持续、有效进行。有效进行。1）CO2CO2气体激光器气体激光器2）固体激光器固体激光器3）准分子激光器准分子激光器典型工业激光器分类及其基本特点典型工业激光器分类及其基本特点典型工业激光器分类及其基本特点典型工业激光器分类及其基本特点:CO2气体激光器气体激光器CO2气体激光器气体激光器快轴流快轴流横流横流射频激励板条射频激励板条封离式射频激励封离式射频激励高功率激光加工高功率激光加工激光微细激光微细加工加工固体激光器固体激光器二极管二极管泵浦泵浦二极管二极管激光器激光器光纤光纤激光器激光器灯泵浦灯泵浦固体固体激光器激光器侧面泵浦侧面泵浦端面泵浦端面泵浦盘片状固盘片
17、状固体激光器体激光器棒状晶棒状晶体体二倍频二倍频(532nm)、三倍频、三倍频（355nm）、四倍频紫）、四倍频紫外激光外激光(266nm)。皮秒激光、飞秒激光皮秒激光、飞秒激光高功率高功率光纤光纤激光器激光器高重复频高重复频率光纤激率光纤激光器光器32准分子激光器准分子激光器v准分子是一种在激发态结合为分子，在基态离解为原子的准分子是一种在激发态结合为分子，在基态离解为原子的不稳定缔合物。不稳定缔合物。（Excimer）v跃迁发生在束缚的激发态和排斥的基态之间。跃迁发生在束缚的激发态和排斥的基态之间。v高重复率高重复率,可调谐可调谐v量子效率高量子效率高v波长短，紫外到可见区波长短，紫外到可
18、见区v常见准分子激光器如：常见准分子激光器如：KrF：249nm；XeCl ：308nm；ArF ：193nm。33准分子激光器准分子激光器设备基本构成：设备基本构成：准分子激光器的主要功能是获得紫外、准分子激光器的主要功能是获得紫外、深紫外和极深紫外波长的激光束深紫外和极深紫外波长的激光束准分子激光器的最大不足：准分子激光器的最大不足：光束质量较差，需要很好的光学系统光束质量较差，需要很好的光学系统来整形；来整形；需要用到腐蚀性极强的需要用到腐蚀性极强的HF(Halogen）工作气体，必须慎重处理相关的防腐工作气体，必须慎重处理相关的防腐蚀问题；蚀问题；运行和维护成本高（运行和维护成本高（1
19、030$/h)；纵流激光器的特点纵流激光器的特点以以CO2 气体为工作介质，激光束的模式气体为工作介质，激光束的模式好；好；能够聚焦到很细的尺寸；能够聚焦到很细的尺寸； 适合做激光焊接、切割等加工应用。适合做激光焊接、切割等加工应用。横流激光器的基本结构横流激光器的基本结构横流激光器的特点横流激光器的特点以以CO2 气体为工作介质，激光光电转换效气体为工作介质，激光光电转换效率高，容易获得高的激光功率；率高，容易获得高的激光功率；一般为多模输出，光斑比纵流激光要粗；一般为多模输出，光斑比纵流激光要粗；最适合激光表面强化，也可以用于要求不最适合激光表面强化，也可以用于要求不高的激光焊接加工。高的
20、激光焊接加工。激光热处理、合金化与激光熔覆处理激光热处理、合金化与激光熔覆处理横流横流CO2激光器及其工业应用激光器及其工业应用ROFIN DC 系列系列扩散冷却射频激励扩散冷却射频激励Slab CO2激光器激光器板条激光与轴快流激光的差别板条激光与轴快流激光的差别扩散冷却板条激光器的基本结扩散冷却板条激光器的基本结构构板条激光器和快轴流激光器的特板条激光器和快轴流激光器的特点比较点比较激光束的输出模式激光束的输出模式高斯模高斯模低阶模低阶模多模多模1.2 工业激光器的种类、特点比较工业激光器的种类、特点比较（2）高功率固体激光器）高功率固体激光器Nd:YAG激光器的基本特点激光器的基本特点波
21、长为波长为1.06 1.06 m, m, 比比COCO2 2激光的激光的1/101/10，激光加工时，激光加工时与金属的耦合效率高，易于实现激光材料加工与金属的耦合效率高，易于实现激光材料加工; ;YAGYAG激光能够与光纤耦合，易于实现远距离传输，激光能够与光纤耦合，易于实现远距离传输，因此可以实现复杂零件的加工，或者多个工位的因此可以实现复杂零件的加工，或者多个工位的激光加工；激光加工；YAGYAG能够以连续或者脉冲两种输出方式工作，并可能够以连续或者脉冲两种输出方式工作，并可获得短脉冲或者超短脉冲，对各种脆性材料进行获得短脉冲或者超短脉冲，对各种脆性材料进行加工。加工。 光电转换效率低，
22、一般为光电转换效率低，一般为1 3 %； 激光束的输出功率成本比激光束的输出功率成本比CO2激光高激光高；1）灯泵浦的）灯泵浦的Nd:YAG激光器的缺点：激光器的缺点：过高的能量损耗导致晶体棒变形，折射指数的改变！过高的能量损耗导致晶体棒变形，折射指数的改变！400W/100mm晶体棒长度！晶体棒长度！脉冲能量的不均匀！脉冲能量的不均匀！光束质量差！光束质量差！M2=15-100氪灯等泵浦源的寿命偏低！只氪灯等泵浦源的寿命偏低！只有几百小时！有几百小时！ND:YAG晶体的吸收率晶体的吸收率Nd:YAG晶体晶体的主要泵带在的主要泵带在0.73-0.76um和和0.79-0.82um2）解决问题的
23、方案：解决问题的方案： 二极管泵浦固态激光器二极管泵浦固态激光器泵浦效率高泵浦效率高： 墙电转换效率墙电转换效率3040，激光束在，激光束在 808nm处对处对Nd3+产生强烈吸收！因此，所需要提产生强烈吸收！因此，所需要提供的总功率减少，冷却系统所需要的功率供的总功率减少，冷却系统所需要的功率减少！减少！ 光束质量好光束质量好：M2因子大幅度降低！因子大幅度降低！泵浦源的寿命长泵浦源的寿命长：由灯泵浦的：由灯泵浦的1000小时到小时到二极管泵浦的二极管泵浦的10000小时。小时。二极管泵浦固态激光器（侧面泵二极管泵浦固态激光器（侧面泵浦）浦）二极管泵浦固态激光器（端面泵二极管泵浦固态激光器（
24、端面泵浦）浦）二极管泵浦激光器光束质量的改二极管泵浦激光器光束质量的改善善二极管泵浦固态激光器（盘片状）二极管泵浦固态激光器（盘片状）二极管泵浦固态激光器（盘片状）二极管泵浦固态激光器（盘片状）盘片状固体激光器工业样机盘片状固体激光器工业样机59光纤激光器光纤激光器光纤激光器的特点：光纤激光器的特点： 效率高，阈值低，窄线宽、可调谐、紧凑小巧和高效率高，阈值低，窄线宽、可调谐、紧凑小巧和高性能的价格比。性能的价格比。 光纤激光器的类型光纤激光器的类型（1 1）稀土类掺杂光纤激光器）稀土类掺杂光纤激光器（2 2）光纤非线性效应激光器）光纤非线性效应激光器（3 3）单晶光纤激光器）单晶光纤激光器（
25、4 4）塑科光纤激光器）塑科光纤激光器（5 5）光纤孤子激光器）光纤孤子激光器 掺镱双包层光纤激光器掺镱双包层光纤激光器: :吸收峰：吸收峰：975nm975nm，915nm915nm。发射谱段：发射谱段：975975l200nm l200nm 60增益介质增益介质-工作物质：工作物质： 增益介质：增益介质： 掺杂稀土离子光纤掺杂稀土离子光纤 稀土元素：稀土元素： 钕钕Nd、铒铒Er、镱镱Yb 、铥铥Tm、钬钬Ho、钐钐Sm、钍钍Tu61掺稀土光纤的光谱特性掺稀土光纤的光谱特性掺钕光纤：掺钕光纤：使用使用800nm、900nm、 530nm波长的泵浦光源，将在波长的泵浦光源，将在900nm、1
26、060nm 、 1350nm波长处得到波长处得到激光。激光。掺铒光纤：掺铒光纤：使用使用800nm、900nm、 1480nm、530nm波长的泵浦光源，将在波长的泵浦光源，将在900nm、1060nm、 1536nm波波长处得到激光。掺铒光纤存在长处得到激光。掺铒光纤存在最佳光纤长度。最佳光纤长度。62谐振腔谐振腔结构结构1. Fabry-Perot腔光纤光栅光纤光栅F-P腔腔光纤环形镜光纤环形镜Fabry-Perot腔腔环形镜环形镜泵光泵光掺杂光纤掺杂光纤激光激光剩余剩余泵光泵光Lamp Pumped Solid State LaserLamp Pumped Solid State Las
27、er端泵光纤激光器端泵光纤激光器端泵光纤激光器端泵光纤激光器一体化的光纤激光器一体化的光纤激光器一体化的光纤激光器一体化的光纤激光器 (IPG Photonics)(IPG Photonics)从灯泵浦激光器到光纤激光器从灯泵浦激光器到光纤激光器从灯泵浦激光器到光纤激光器从灯泵浦激光器到光纤激光器Active Fiber: Multi-Clad, Circular Cladding,Low Diameter, 2-10m Total LengthHigh Yb3+ ConcentrationPump Diodes: Multimode90m mm stripe 6W to 20W Output
28、 Power 高功率光纤激光器的构成高功率光纤激光器的构成高功率光纤激光器的构成高功率光纤激光器的构成 功率高（原则上可无限制增加），可靠性高；功率高（原则上可无限制增加），可靠性高；泵浦光源的利用效率极高泵浦光源的利用效率极高。高功率耦合技术高功率耦合技术高功率耦合技术高功率耦合技术单个二极管激光单个二极管激光 (100m mm)二极管激光阵列二极管激光阵列二极管激光器泵浦源的差别二极管激光器泵浦源的差别二极管激光器泵浦源的差别二极管激光器泵浦源的差别Conventional CoolingLow CurrentLow Heat DissipationEasy to PigtailLifet
29、ime 100.000 hrsHP Water CoolingHigh CurrentHigh Heat DissipationNo Fiber DeliveryLifetime 10.000 hrs高功率光纤激光器的优势高功率光纤激光器的优势免维护免维护墙电效率墙电效率 28%不需要校准或者更换镜片不需要校准或者更换镜片整机寿命整机寿命 500,000 hrs结构紧凑，可移动结构紧凑，可移动l工作距离长工作距离长l冷却要求低冷却要求低l传输光纤可达传输光纤可达 200 m 200 m l适合激光切割、焊接、打孔、适合激光切割、焊接、打孔、弯曲；弯曲；l消耗成本低消耗成本低l同一系统既可以切割
30、也可以同一系统既可以切割也可以焊接！焊接！ 光纤激光光纤激光 vs. CO2 激光光束质量比较激光光束质量比较Disc LaserYLR-10000YLR-17000YLR-50002004 shipment - 400W modules2005 shipment - 800W modulesPower Supply & Processing UnitRobotHeadBeam Quality 27% ; Electrical input 5.0 kW(at the workpiece)Maximum laser power 6.0 kW Wavelength: 1070 nmFiber co
31、re: 100 (150* ) mFiber Length up to 200mBPP 27%YLR-5000YLR-10000Nominal laser power 10.0 kW(at the workpiece)Maximum laser power 11.0 kW Wavelength: 1070 nmFiber core: 100 (150* ) mFiber Length up to 200mBPP 28%Nominal laser power 10.0 kW(at the workpiece)Maximum laser power 11.0 kWWavelength: 1070
32、nmFiber core: 200 mFiber Length up to 50mBPP 11mmxmradFoot Print 800 x 1.460 mmHeight 1.500 mm Cooling capacity 32 kWWPE 26%Nominal laser power 20.0 kW(at the workpiece)Maximum laser power 21.0 kWWavelength: 1070 nmFiber core: 200 mFiber Length up to 50mBPP 11mmxmradFoot Print 800 x 1.460 mmHeight 1
33、.500 mm Cooling capacity 64 kWWPE 28%YLR-10000YLR-20000新型光纤激光器新型光纤激光器光纤激光器将成为材料加工的主流技术！光纤激光器将成为材料加工的主流技术！主要理由主要理由:高效率高效率 (28% (28% 墙电墙电) )可靠性高，维护成本低可靠性高，维护成本低体积小体积小光束质量高光束质量高波长可选择波长可选择光纤激光器的特点总结光纤激光器的特点总结光纤激光器的特点总结光纤激光器的特点总结体积小、功率高、价格适当的体积小、功率高、价格适当的高功率光纤激光器高功率光纤激光器：石油管道的激光焊接：移动式设备石油管道的激光焊接：移动式设备（12
34、-15kw12-15kw的光纤激光器）的光纤激光器）现有光纤激光器虽然比较现有光纤激光器虽然比较CO2CO2激光器体积较小，激光器体积较小，但是离按照工程化应用的标准，尺寸仍然偏大！但是离按照工程化应用的标准，尺寸仍然偏大！激光改变世界之一激光改变世界之一Naitional Lgnition Facility Project 人造太阳核聚变人造太阳核聚变原子弹：核裂变原子弹：核裂变U + n - Ba + Kr + 3 n平均每个核子释放能量平均每个核子释放能量1Mev；1公斤铀全部裂变，释放公斤铀全部裂变，释放超过超过2000吨优质煤的能量；吨优质煤的能量；核电站：利用核能发电。天然铀中只有
35、核电站：利用核能发电。天然铀中只有0.7%的铀的铀235，浓缩铀中浓缩铀中34的铀的铀235；一座百万千瓦级别的核电；一座百万千瓦级别的核电站，每年消耗站，每年消耗30吨浓缩铀；同级别火电站，需要吨浓缩铀；同级别火电站，需要250万吨的煤。万吨的煤。核燃料：能够再用核燃料：能够再用70年年轻核的聚变轻核的聚变 H + H - He + n发生热核反应的条件：产生发生热核反应的条件：产生107温度的高温，温度的高温，原子弹爆炸时产生的高温可以诱化上述反应；原子弹爆炸时产生的高温可以诱化上述反应；同样质量的核燃料，热核反应释放能量比裂变反应大同样质量的核燃料，热核反应释放能量比裂变反应大得多；热核
36、反应不产生核废料等反射性物质少；得多；热核反应不产生核废料等反射性物质少；热核反应原料氘在海水中富有。热核反应原料氘在海水中富有。1L海水中含有海水中含有0.03克克氘，放出的能量核燃烧氘，放出的能量核燃烧300L汽油相当。汽油相当。美国加州的美国加州的NIF激光点火工程激光点火工程超高功率的光纤激光器：超高功率的光纤激光器：寻找新用途（寻找新用途（激光钻井）激光钻井） 潜力：潜力： Laser drilling could cut drilling costs in several ways, making previously uneconomic resources more comme
37、rcially attractive. Savings could take several forms: More rapid rock penetration No need to buy and install well casing No need to replace drill bits Faster retrieval of down hole data Reduced on-site drilling time Reduced environmental impact. Laser technology might also perform horizontal drillin
38、g and clear debris from a wellbore. It could also be an alternative to the explosives now used to complete a wellthat is, to punch a hole through a cemented steel well-casing and into the rock formation to allow the flow of gas and oil into the wellbore and then up to the surface.二极管激光器二极管激光器典型发光典型发
39、光面积：面积：1umx1um单一二极管激光模块的性能单一二极管激光模块的性能多模块二极管管形成的高功率激多模块二极管管形成的高功率激光器光器将二极管激光器安装在机器人上将二极管激光器安装在机器人上二极管激光器与其它种类激光器二极管激光器与其它种类激光器的比较的比较基于二极管激光器的激光加工设备基于二极管激光器的激光加工设备1.2 工业激光器的种类、特点比工业激光器的种类、特点比较较（3）中小功率激光器）中小功率激光器的特点的特点主要激光器的种类与特点主要激光器的种类与特点1）射频激励）射频激励CO2气体激光器（封离式）气体激光器（封离式）2）声光调）声光调Q固体激光器固体激光器3）全固态紫外激
40、光器）全固态紫外激光器4）准分子激光器）准分子激光器5）超快激光器（皮秒和飞秒激光器）超快激光器（皮秒和飞秒激光器）1.3 评价工业激光器性能指标的评价工业激光器性能指标的关键技术参数关键技术参数激光束激光束波波长10.6um激励方式激励方式射射频激励（激励（RF）标称功率称功率6000W范范围（典型）（典型）15006000W稳定性定性2%（24小小时）（冷却水的温度）（冷却水的温度变化化T1K）直径直径25 0.9K 0.9发散角散角0.15mm mrad (EN ISO11145)偏振状偏振状态线偏振，相偏振，相对水平面成水平面成45o角角脉冲脉冲发生器生器（可（可选）频率率 2 - 1
41、00 Hz脉脉宽26us-连续斜坡斜坡发生器生器（可（可选）级别0.0100.0%时间/增量增量065535ms/增量增量激光气体激光气体气体气体类型型Rofin-Sinar特定的特定的预混合气体混合气体消耗量消耗量 5.0 kW(at the workpiece)Maximum laser power 6.0 kW Wavelength: 1070 nmFiber core: 100 (150* ) mFiber Length up to 200mBPP 27%1.3 评价工业激光器性能指标的关键评价工业激光器性能指标的关键技术参数技术参数（1）光束质量：远场发散角；）光束质量：远场发散角；
42、M2因子；因子；K值；值；能够聚焦的最小光斑直径：能够聚焦的最小光斑直径：（2）激光器的功率大小、稳定性与可靠性）激光器的功率大小、稳定性与可靠性功率波动范围：功率波动范围： 连续运行时间：连续运行时间：（3）激光器的电光转换效率；）激光器的电光转换效率；激光器的运行成本和维护成本激光器的运行成本和维护成本（4）激光器与加工机床或机器人的适配性。）激光器与加工机床或机器人的适配性。什么激光器最好？光束模式与光斑直径光束模式与光斑直径快轴流激光器一般为低阶模，快轴流激光器一般为低阶模，板条激光器为高斯模（基模）。板条激光器为高斯模（基模）。不同模式下的激光能量分布不同模式下的激光能量分布什么样什
43、么样的光束的光束模式质模式质量最好量最好？激光束激光束输出模输出模式的检式的检测？测？最小光斑直径最小光斑直径定义：激光强度的定义：激光强度的1/e2为激光束的半径为激光束的半径激光的模式直接影响聚焦性能，基模激光的模式直接影响聚焦性能，基模TEM00在衍射极限下，在透镜上直径为在衍射极限下，在透镜上直径为D的的光束，最小焦斑直径：光束，最小焦斑直径： dmin=2.44 f/D对于多模激光束：对于多模激光束：M2因子因子M2因子因子定义光束发散角的比值定义光束发散角的比值M为：为：M21，M2越小，光束质量越好越小，光束质量越好 M2因子因子K因子因子K = 1/ M2K1，K越大，光束质量越好。越大，光束质量越好。 由于：由于：谢 谢！
