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1、高功率光高功率光纤激光器及其激光器及其应用用HighPowerFiberLaser&HighPowerFiberLaser&ItsApplicationItsApplication2024/8/241精品文档次目次目l摘要摘要l引言引言l高功率光高功率光纤激光器的工作原理激光器的工作原理l高功率光高功率光纤激光器的特性及其激光器的特性及其应用展望用展望2024/8/242摘要摘要 1 1，概概要要地地描描述述高高功功率率光光纤激激光光器器的的基基本本工作原理和关工作原理和关键技技术; ; 2 2，介介绍目目前前国国际市市场上上刚出出现的的几几种种新新颖的的高高功功率率光光纤激激光光器器, ,并
2、并介介绍它它们的的特特征征; ; 3 3，对高高功功率率光光纤激激光光器器在在一一些些领域域中中的的应用用进行了展望。行了展望。2024/8/243精品文档引言引言l光光纤激光器是当前激光技激光器是当前激光技术研究研究领域中的前沿域中的前沿课题，它的研究与，它的研究与应用亦日用亦日趋活活跃。l国家自然科学基金委和国家自然科学基金委和“863”“863”分分别将其列入将其列入20022002年的重大研究年的重大研究课题和攻关和攻关项目。目。 l随着激光二极管及其随着激光二极管及其泵浦技浦技术、光、光纤材料和工材料和工艺研究的研究的进展，适合多种不同展，适合多种不同应用目的的光用目的的光纤激光器亦
3、激光器亦缤呈异彩地涌呈异彩地涌现于世。于世。l其其应用用领域也已从目前最域也已从目前最为成熟的光成熟的光纤通通讯网网络方面迅速地向其他更方面迅速地向其他更为广广阔的激光的激光应用用领域域扩展。展。2024/8/244精品文档高功率光高功率光纤激光器的激光器的应用用领域域l金属和非金属材料的加工与金属和非金属材料的加工与处理；理；l激光雕刻；激光雕刻；l激光激光产品打品打标；l激光激光焊接，接，焊缝清理；清理；l精密打孔；精密打孔；l激光激光检测和和测量；量；l激光激光图形形艺术成像；成像；l激光雷达系激光雷达系统，污染控制；染控制；l传感技感技术和空和空间技技术；l激光医学等等。激光医学等等。
4、2024/8/245精品文档高功率光高功率光纤激光器的主要特性激光器的主要特性l在光在光纤材料中材料中掺杂铒(Er)(Er)，铥(Tm)(Tm)，镨(Pr)(Pr)，镱(Yb)(Yb)等不同的稀土元素便会使光等不同的稀土元素便会使光纤激光器有多种激光器有多种不同的不同的输出波出波长；l由于双包由于双包层泵浦技浦技术l(DoubleCladdingPumpedTechnology)(DoubleCladdingPumpedTechnology)的的发明明与特殊工与特殊工艺的融合便的融合便诞生了高功率的光生了高功率的光纤激光器；激光器；l目前光目前光纤激光器波激光器波长范范围可以从可以从蓝、绿、红
5、可可见波波长到到2000nm2000nm；l光光纤激光器激光器输出的出的连续激光功率从百毫瓦量激光功率从百毫瓦量级上上升到百瓦的量升到百瓦的量级, ,千瓦量千瓦量级, ,乃至万瓦量乃至万瓦量级。2024/8/246精品文档高功率光高功率光纤激光器的主要激光器的主要优点点l20022002年年1 1月月, ,美美国国一一公公司司推推出出一一种种掺镱的的高高功功率率光光纤激激光光器器，其其连续出出功功率率高达高达700700瓦瓦(波波长为1.061.06 m),m),这种激光器的特点是：种激光器的特点是： l*转换效率高（可高达效率高（可高达20%20%）；）；l*寿命寿命长（平均无故障工作（平均
6、无故障工作时间在在1010万小万小时以上）；以上）；l * *可可在在恶劣劣的的环境境下下工工作作（由由于于其其共共振振腔腔置置于于光光纤内内部部， 即即使使在在高高冲冲击，高高震震动，高高湿湿度度，有有灰灰尘的的条条件件下下皆皆可可正正常常运运转，而而环境境温温度度范范围允允许在在-20C-20C至至+70C+70C之之间）；）；l * *无无论是是连续或或脉脉冲冲的的运运转方方式式皆皆无无需需庞大大的的水水冷冷或或风冷冷系系统. .只只需需一一般般的散的散热体或体或简便的便的风冷即可，冷即可，l*其外型其外型紧凑体凑体积小（光小（光纤激光器模激光器模块的体的体积大大约有一本字典的大小）；有
7、一本字典的大小）；l*方便光方便光纤导出；出；l*易于系易于系统集成；集成；l*无有体无有体积庞大的大的电源系源系统。2024/8/247精品文档高功率光高功率光纤激光器的工作原理激光器的工作原理-1-1l光光纤激光器是在光激光器是在光纤放大器的基放大器的基础上而上而发展起来展起来的。的。l它是利用它是利用掺杂稀土元素的光稀土元素的光纤，再加上一个恰当，再加上一个恰当的反的反馈机制便形成了光机制便形成了光纤激光器。激光器。l掺杂稀土元素的光稀土元素的光纤就充当了光就充当了光纤激光器的增益激光器的增益介介质。l在光在光纤激光器中有一根非常激光器中有一根非常细的光的光纤纤芯，由于芯，由于外外泵浦光
8、的作用，在光浦光的作用，在光纤内便很容易形成高功率内便很容易形成高功率密度，从而引起激光工作物密度，从而引起激光工作物质能能级的粒子数反的粒子数反转。l一般是采用光一般是采用光纤光光栅构成光构成光纤激光器的激光器的谐振腔。振腔。2024/8/248精品文档高功率光高功率光纤激光器的工作原理激光器的工作原理-2-2l高功率光高功率光纤激光器的关激光器的关键技技术: :l用于用于泵浦的浦的宽面、多模大功率激光二极面、多模大功率激光二极管管; ;l截面截面为梅花瓣形的内包梅花瓣形的内包层或多孔的双包或多孔的双包层光光纤；l单模模掺镱纤芯芯; ;l锥形捆扎或形捆扎或树叉形双包叉形双包层光光纤泵浦光浦光
9、导入口入口; ;l特殊耦合技特殊耦合技术; ;l光光纤光光栅谐振腔振腔. .2024/8/249精品文档高功率光高功率光纤激光器的工作原理激光器的工作原理-3-3内包内包层掺YbYb单模模纤芯芯外包外包层光光纤光光栅掺镱双包双包层泵浦光浦光纤输出端出端低折射率的外包低折射率的外包层光光纤专利利设计双包双包层泵浦光浦光纤之截面之截面图2024/8/2410精品文档高功率光高功率光纤激光器的工作原理激光器的工作原理-4-45m纤芯多模多模DiodePnmpDiodePnmpTaperedFiberBundle特殊耦合器特殊耦合器2024/8/2411精品文档高功率光高功率光纤激光器的工作原理激光器
10、的工作原理-5-5BundleswithallMMportsforcouplingtoYb-dopedfiber7MMFiber7MMFiber0.16NA0.16NASinglemodeoutputMulti-Modeinputfiber1,1,多模大功率激光二极管多模大功率激光二极管泵浦浦; ;2,2,专门的耦合的耦合设计. .2024/8/2412精品文档光光纤激光器基本激光器基本结构示意构示意图SketchoffiberlaserSketchoffiberlaser泵浦光泵浦光970nm泵浦光泵浦光970nm激光输出激光输出光纤光栅光纤光栅100%反射反射光纤光栅光纤光栅10%反射反射
11、掺镱掺镱(Yb)光纤光纤2024/8/2413精品文档几种几种泵浦方式浦方式l12024/8/2414精品文档多模、包多模、包层泵浦示意浦示意图Multi-mode,claddingpumpingMulti-mode,claddingpumping掺杂稀土元素的稀土元素的单模模纤芯芯RareearthdopedsinglemodecoreRareearthdopedsinglemodecore多模多模泵浦光浦光Multi-modepumpMulti-modepumplightlight单模模输出出LaseroutputLaseroutputSingle-modeSingle-mode包包层cl
12、addingcladding在在单模模纤芯内被芯内被镱原子吸收的多模原子吸收的多模泵浦光浦光Multi-modepumplightisabsorbedbyytterbiumatomsinthesingle-modecoreMulti-modepumplightisabsorbedbyytterbiumatomsinthesingle-modecore特殊特殊设计的的树杈形包杈形包层光光纤Claddingfiberin“theforkofatree”shapeCladdingfiberin“theforkofatree”shape2024/8/2415精品文档掺稀土元素硅光稀土元素硅光纤的制作的
13、制作l使用使用MCVD(ModifiedMCVD(ModifiedChemicalVaporChemicalVaporDeposition)Deposition)设备l稀土元素溶液的稀土元素溶液的掺杂l低折射率低折射率镀层制做双制做双包包层光光纤l超声成型超声成型2024/8/2416高功率光高功率光纤激光器的工作原理激光器的工作原理-6-6 若在包若在包层光光纤材料中材料中掺杂不同不同的稀土元素，例如的稀土元素，例如掺杂铒(Er)(Er)，铥(Tm)(Tm)，镨(Pr)(Pr)，镱(Yb)(Yb)等不同等不同的稀土元素即会使得光的稀土元素即会使得光纤激光器激光器有多种不同的激光波有多种不同的
14、激光波长输出。出。 如果用多个多模激光二极管同如果用多个多模激光二极管同时耦合至双包耦合至双包层光光纤上，就可以上，就可以获得高功率的激光得高功率的激光输出。出。这就是被称之就是被称之为双包双包层、多模、多模、并行并行泵浦技浦技术。2024/8/2417精品文档Yb3+离子能离子能级图级图l基基态子能子能级a a亚稳态能能级d d基基态子能子能级c c激激发态子能子能级e e980nm980nm泵浦浦l自自发辐射射跃迁迁1.06m1.06m无无辐射射跃迁迁2F7/2能能级级2F5/2能能级级2024/8/2418精品文档Yb+3基基态态与激与激发态发态吸收吸收谱谱Wavelength(nm)P
15、aramenter(dB/m)1GroundStateAbsorption2ExcitedStateGain122024/8/2419精品文档光光纤激光器包激光器包层泵浦技浦技术示意示意图claddingpumpingtechnologyinfibercladdingpumpingtechnologyinfiberlaserlaserPumpdiodewithabroad-area宽宽面的面的泵泵浦激光二极管浦激光二极管Claddingfiberandcaredopedrareearthelements双包双包层层光光纤纤及及掺杂掺杂稀土元素的稀土元素的纤纤芯芯Laseroutput激光输出2
16、024/8/2420精品文档宽面的面的泵浦激光二极管浦激光二极管l多模多模泵浦二极管其浦二极管其稳定性很高。几何定性很高。几何上的上的宽面就使得面就使得LDLD的断面上的光功率的断面上的光功率密度很低且通密度很低且通过活活性面的性面的电流密度亦流密度亦很低。很低。这样泵浦二浦二极管的可靠运极管的可靠运转寿寿命就会很命就会很长。 外包外包层内包内包层纤芯芯输出光束出光束宽面二极管面二极管2024/8/2421精品文档包包层光光线横截面与包横截面与包层泵浦技浦技术示意示意图SectionofcladdingfiberandSectionofcladdingfiberandcladdingpumpi
17、ngtechnologycladdingpumpingtechnology纤芯芯CoreCore外包外包层OutercladOuterclad矩形内包矩形内包层偏心偏心圆内包内包层内包内包层InnercladInnerclad花瓣形内包花瓣形内包层2024/8/2422精品文档包包层光光纤横断面的几何形状横断面的几何形状光纤内包层横断面的几何形状是很重要的。如果设计成圆形，而纤芯又居其中心，这样大部分的泵浦光就不能横穿过纤芯。设计出其它光纤内包层横断面的几何形状，以使更多的泵浦光横穿过纤芯。例如设计成：偏心圆式的内包层，矩形的内包层，花瓣形的内包层。2024/8/2423精品文档多孔双包多孔双
18、包层光光纤截面截面扫描描电子子显微微镜照片照片Fromrefrences4Fromrefrences4参考文献参考文献 内包内包层多孔直径多孔直径d=2.7d=2.7 m m孔孔间距距 =9.7=9.7 m m外包外包层多孔直径多孔直径d=12.3d=12.3 m mOuterjacketcoreInnercladdingOutercladding2024/8/2424精品文档多孔双包多孔双包层光光纤截面截面扫描描电子子显微微镜照片照片l大小孔内包小孔内包层低低阈值, ,有效吸收有效吸收2024/8/2425精品文档光子晶体多孔双包光子晶体多孔双包层光光纤截面截面扫描描电子子显微微镜照片照片l
19、M2024/8/2426光子晶体多孔双包光子晶体多孔双包层光光纤激光器激光器强度度分布分布lM参考文献参考文献882024/8/2427梅花瓣形内包层光纤尺寸示意第二包第二包层掺氟石英氟石英n=1.40n=1.40第一包第一包层熔凝石英熔凝石英n=1.45n=1.45纤芯芯-掺镱熔凝石英熔凝石英n=1.46n=1.461259082024/8/2428精品文档Maxwellsequationl泵浦浦掺镱光光纤, ,在任意端面形状的包在任意端面形状的包层区和光区和光纤内光的内光的传播遵从播遵从MaxwellsMaxwells方程方程: :l其中其中见参考文献参考文献772024/8/2429掺镱
20、纤芯的吸收光谱SpectralabsorptionYb+3Wavelength(nm)MultimodeAbsorption(dB/m)976nm915,940nm915,940nm2024/8/2430精品文档Multi-modeandparallelpumpingMulti-modeandparallelpumping多模、并行多模、并行泵泵浦示意浦示意图图多个二极管并行多个二极管并行泵浦浦MorediodesarecoupledintothefiberMorediodesarecoupledintothefiberDoublecladdingdopedfiberSpecialcouple
21、rOutputlaser2024/8/2431精品文档并行并行泵浦示意浦示意图lZ光光纤泵浦二极管浦二极管泵浦二极管浦二极管柱面透柱面透镜2024/8/2432精品文档大功率大功率宽面多模二极管的并行面多模二极管的并行泵浦技浦技术的的优点点l1，高功率。一个多模，高功率。一个多模泵泵浦二极管可浦二极管可辐辐射出大于射出大于100瓦的激光功率，瓦的激光功率，多个多模多个多模泵泵浦二极管并行浦二极管并行设设置，即可允置，即可允许设计许设计出很高功率出很高功率输输出的出的光光纤纤激光器。激光器。l2，无需，无需热电热电冷却器。冷却器。这这种大功率的种大功率的宽宽面多模二极管可在很高的温面多模二极管可
22、在很高的温度下工作。度下工作。l3，很，很宽宽的的泵泵浦波浦波长长范范围围。高功率光。高功率光纤纤激光器内的活性包激光器内的活性包层层光光纤掺纤掺杂杂了了镱镱稀土元素，有一个很稀土元素，有一个很宽宽且又平坦的光波吸收区且又平坦的光波吸收区l(915-980nm),因此，因此，泵泵浦二极管不需任何浦二极管不需任何类类型的波型的波长稳长稳定装置。定装置。l4，高可靠性。多模，高可靠性。多模泵泵浦二极管比起浦二极管比起单单模模泵泵浦二极管来其浦二极管来其稳稳定性定性要高出很多。其几何上的要高出很多。其几何上的宽宽面就使得激光器的截面上的光功率密面就使得激光器的截面上的光功率密度很低且通度很低且通过过
23、活性面的活性面的电电流密度亦很低。流密度亦很低。这样这样一来，一来，泵泵浦二极管浦二极管l其可靠运其可靠运转转寿命超寿命超过过能能10万小万小时时。2024/8/2433精品文档环碟型光碟型光纤激光器的激光器的泵浦浦l日本日本HoyaHoya大学大学lK.UedaK.Uedal光光纤长100M100Ml10W10W2024/8/2434精品文档锥形捆扎光纤束集成组件多模多模锥形捆扎光形捆扎光纤束束掺镱包包层泵浦光浦光纤激光器激光器串级Raman谐振器FullyIntegratedAssemblyofTaperedFiberBundle输出出高功率高功率泵浦源浦源整体集成整体集成组件件1060n
24、m2024/8/2435精品文档单模模连续输出出掺镱光光纤激光器激光器10Watts10Watts2024/8/2436精品文档单模模连续输出出掺镱光光纤激光器激光器l市市场上上已已有有的的5W,5W,10W,10W,20W,20W,50W50W以以及及100W100W掺镱光光纤激光器是激光器是为无需无需维修的修的OEMOEM系系统中的中的应用而用而设计。l二二极极管管泵浦浦的的光光纤激激光光器器发出出一一1.071.07 m m的的单模模激激光光, ,经带有有外外套套的的单模模光光纤光光缆直直接接引引至至工工作作点点上上。这种种紧凑凑无无伺伺服服的的激激光光器器设计使使其其可可在在高高冲冲击
25、，高高震震动和有灰和有灰尘的条件下运的条件下运转. .l环境境相相对湿湿度度允允许在在90%90%以以上上，而而适适应的的环境境温温度度范范围可在可在20C20C至至+70C+70C之之间。2024/8/2437精品文档单模模连续输出出掺镱光光纤激光器激光器l该光光纤激激光光器器能能够直直接接安安置置在在微微机机械械系系统内内，或或微微雕雕刻刻和和材材料料处理理系系统中中以以及及产品品打打标系系统中中，无无需需安安装装后的伺服。后的伺服。l该光光纤激激光光器器无无需需换置置配配件件和和材材料料。墙插插电转换效效率率在在20%20%以上以上,其外形其外形紧凑，凑，简便的便的风冷即可。冷即可。l在
26、在结构构上上, ,其其设计结实而而紧凑凑, ,集集成成化化，无无光光学学元元件件排排列的列的调准或准或维修之需修之需; ;亦无机械亦无机械稳定性的定性的问题。l光光纤传输线可达可达2020米以上。米以上。l 2024/8/2438精品文档单模模连续输出出100100瓦瓦掺镱光光纤激光器激光器l主要特征：主要特征：l l1 1，光学，光学输出功率出功率100100瓦以上；瓦以上；l2 2，最佳光束品，最佳光束品质M21.1;M2700700瓦；瓦；l2 2，输出光束参数有最佳改善出光束参数有最佳改善1.4mm*mrad100khrs)(100khrs)；l8 8，可，可记录工作工作输出的功率密度
27、；出的功率密度；l9 9，具有，具有连续和脉冲的运和脉冲的运转方式；方式；l1010，空气冷却；，空气冷却；l1111，焦点直径在焦，焦点直径在焦长150mm150mm的情况是的情况是为5050 m.m.2024/8/2443精品文档(2002,05(2002,05之前之前) )世界上最大功率的光世界上最大功率的光纤激光器激光器l美美国国一一公公司司曾曾推推出出的的一一个个光光纤激激光光器器的的新新产品品，号号称是当称是当时世界上最大功率的光世界上最大功率的光纤激光器。激光器。l该激激光光器器有有700700瓦瓦的的功功率率的的输出出，在在光光纤的的输出出端端最佳的光束参数最佳的光束参数为1.
28、4mm*mrad12mm*mrad)12mm*mrad)。2024/8/2444精品文档(2002,05(2002,05(2002,05(2002,05之前之前之前之前) ) ) )世界上最大功率的光世界上最大功率的光世界上最大功率的光世界上最大功率的光纤纤激光器激光器激光器激光器l该光光纤激激光光器器用用来来切切割割所所有有类型型的的金金属属和和某某些些非非金金属属材材料料是是较理理想想的的，在在工工作作区区提提供供一一个个较完完美美的的光光束束质量量和和强大大的的功功率率密密度度。尽尽管管其其功功率率比比千千瓦瓦级的的CO2CO2激激光光器器低低一一些些，然然而而这种种光光纤激激光光器器对
29、切切割割和和焊接接那那些些高高反反射射率率的的材材料料，例例如如：铝，铜等等金金属属材材料料是是很很适适合合的的，工工作作效效率很高。率很高。l该光光纤激激光光器器亦亦具具有有很很好好的的输出出光光束束的的质量量，在在150mm150mm长焦焦深深处，其其光光束束锥度度不不大大于于5 5度度，具具有可有可为工作区提供高功率密度的能力。工作区提供高功率密度的能力。2024/8/2445精品文档(2002,05(2002,05(2002,05(2002,05之前之前之前之前) ) ) )世界上最大功率的光世界上最大功率的光世界上最大功率的光世界上最大功率的光纤纤激光器激光器激光器激光器l该光光纤激
30、光器的另一个大的激光器的另一个大的优点是有点是有较高的高的转换效效率率(20%(20%以上以上) )并且其并且其泵浦二极管的寿命比任何其他高浦二极管的寿命比任何其他高功率激光器的寿命都功率激光器的寿命都长(100khrs)(100khrs)。l完美的一体化完美的一体化设计，无，无须光学光学调准或准或维护；无机械；无机械稳定定问题。l该激光器激光器长期无期无须维修，可在各种修，可在各种环境条件下运境条件下运转, ,抵需消耗很小的抵需消耗很小的电能并具有方便的空气冷却。能并具有方便的空气冷却。2024/8/2446精品文档(2002,05(2002,05(2002,05(2002,05之前之前之前
31、之前) ) ) )世界上最大功率的光世界上最大功率的光世界上最大功率的光世界上最大功率的光纤纤激光器激光器激光器激光器l在在该光光纤激激光光器器中中，其其内内含含有有一一个个紧凑凑的的能能源源供供给和冷却系和冷却系统的集成的集成单元。元。l通通过前前置置平平台台或或电脑接接口口采采集集数数据据，可可监视到到其所有的运其所有的运转参数。参数。l该光光纤激激光光器器体体积小小、重重量量轻再再加加之之其其有有灵灵活活的的单模模光光纤输出出可可以以很很容容易易地地集集成成到到工工厂厂的的精精密系密系统生生产线上去。上去。2024/8/2447精品文档目前市目前市场上几种大功率的光上几种大功率的光纤激光
32、器主要参数：激光器主要参数：l工作点上的激光功率工作点上的激光功率 输出光束参数出光束参数 工作点上的聚焦直径工作点上的聚焦直径# #l300W0.7mm*mrad30300W0.7mm*mrad30 m ml500W1.4mm*mrad50500W1.4mm*mrad50 m ml700W1.4mm*mrad50700W1.4mm*mrad50,000:50,000HoursHoursl气冷或水冷气冷或水冷l光光纤传输Upto200mUpto200ml体体积:120*79*160cm:120*79*160cml重量重量:1,000kg:1,000kgl输出波出波长:1070nm:1070nm
33、2024/8/2455精品文档光光纤激光器用于汽激光器用于汽车加工加工l12024/8/2456精品文档超超紧凑型凑型1 1瓦、瓦、单模光模光纤激光器激光器2024/8/2457精品文档超超紧凑型凑型1 1瓦、瓦、单模光模光纤激光器激光器l特点特点: :l1,1,超超紧凑凑, ,尺寸：尺寸：90x70x15mm(3.5x3.0x90x70x15mm(3.5x3.0x0.5in);0.5in);l2,2,输出波出波长1040-1120nm;1040-1120nm;单模；模；l3,3,低低损耗，供耗，供电3.3V,DC,103.3V,DC,10瓦以下瓦以下; ;l4,4,二极管二极管泵浦光浦光纤到
34、光到光纤工作工作(DPFF);(DPFF);l应用范用范围: :l1,1,照像复制照像复制术(reprographics);(reprographics);l2,2,光光谱学学(spectroscopy);(spectroscopy);l3,3,成像技成像技术(imaging)(imaging)l4,4,晶片晶片检测(waferinspection)(waferinspection)l5,5,航空航空电子学子学(avionics).(avionics).2024/8/2458300WTEMoo(M21.1)单模l100to300WOutputOpticalPowerl1070to1120nmW
35、avelengthsRangelOver20%Wall-PlugEfficiencylTEMoo(M250,000hoursPumpLaserLifetimelMaintenanceFreeOperationlUpto200mFiberDelivery2003年年5月月22日日IPG推出推出2024/8/2459精品文档使用使用使用使用CO2CO2CO2CO2激光器的激光打激光器的激光打激光器的激光打激光器的激光打标标机机机机50W50W50W50W2024/8/2460精品文档用于切割的轴流CO2激光器l2000W轴轴流流CO2激光激光器器2024/8/2461使用使用使用使用DiodePu
36、mpedNd:YAGDiodePumpedNd:YAGDiodePumpedNd:YAGDiodePumpedNd:YAG激光器的激光打激光器的激光打激光器的激光打激光器的激光打标标机机机机50W50W50W50W642024/8/2462精品文档用于熔覆的用于熔覆的CO2CO2激光器激光器2024/8/2463精品文档体体积庞大的大的YAGYAG激光加工系激光加工系统2024/8/2464精品文档光光纤激光打激光打标机机57cm*54cm*34cm642024/8/2465精品文档光光纤激光器打激光器打标机与机与YAGYAG激光器的激光打激光器的激光打标机机 图片片6565光光纤激光打激光打
37、标机是一台光机是一台光纤激光器打激光器打标机，机，它是它是为半半导体器件封装和其它小的塑料装置打体器件封装和其它小的塑料装置打标而用。而用。该系系统是使用是使用1010瓦的光瓦的光纤激光器。激光器。扫描描头和基本和基本平台、系平台、系统软件包、件包、扫描透描透镜和和电脑I/OI/O卡等都卡等都集成在一个箱体中。集成在一个箱体中。图片片6262所示的是使用所示的是使用DiodeDiode泵浦的浦的Nd:YAGNd:YAG激光激光器的激光打器的激光打标机。机。可以很容易地看出光可以很容易地看出光纤激光器打激光器打标机系机系统要比要比DiodeDiode泵浦的浦的Nd:YAGNd:YAG激光器的常激
38、光器的常规激光打激光打标机系机系统轻便得多。便得多。2024/8/2466大功率光大功率光纤激光器代替体激光器代替体积庞大的大的传统的激光器的可能的激光器的可能l目目前前所所采采用用的的各各种种体体积庞大大的的传统的的激激光光器器，例例如如前前图所所示示的的普普遍遍使使用用的的用用于于激激光光加加工工和和激激光光打打标的的CO2CO2和和YAGYAG激激光光器器以以及及其其它它DPSSDPSS激激光光器器，势必必被被这种种新新型型的的高高效效率率，长寿寿命命，小小体体积，大功率光大功率光纤激光器所代替。激光器所代替。l如如果果在在产业中中能能采采用用这种种光光纤激激光光器器，目目前前许多多大大
39、型型的的激激光光打打标，加加工工，激激光光医医疗设备就就可可以制成便携式、灵巧的系以制成便携式、灵巧的系统。2024/8/2467精品文档脉冲高能脉冲高能掺镱光光纤激光器激光器 l每个脉冲能量每个脉冲能量Upto2mJUpto2mJl平均平均输出功率出功率Upto200WUpto200Wl脉脉宽80to500ns80to500nsl重复可重复可调20to200kHz20to200kHzl墙插效率插效率Over10%Over10%l空气冷却空气冷却 紧凑凑 l输出波出波长：1060nm1060nm打打标、清理、清理焊缝、显微机械加工、微机械加工、精密打孔、精密打孔、焊接、切割接、切割2003年年
40、8月月5日日IPG推出推出2024/8/2468精品文档光光纤激光器激光器输出波出波长向可向可见波段波段发展展l光光纤激光器激光器输出波出波长向向可可见波段波段发展，目展，目标是是蓝、绿和近紫外。和近紫外。l20032003年年8 8月月5 5日日IPGIPG推出：推出：基于参基于参铒光光纤激光器的激光器的倍倍频; ;l5-30W5-30W，输出波出波长770-770-780nm780nm，单模的光模的光纤激激光器已于今年光器已于今年7 7月交付月交付用用户使用。使用。25W可可见见波段光波段光纤纤激光器激光器应应用用:微加工、医用激光、微加工、医用激光、打打标标、视觉艺术视觉艺术2024/8
41、/2469精品文档可可见波段的光波段的光纤激光器激光器该可见波段的光纤激光器在770nm与780nm间可调,单模连续输出5-30W.脉冲频率在10-20MHz之间可调,脉宽为2-3ns.光束质量：M210%下一目下一目标: :385-390nm385-390nm5W5W2024/8/2470精品文档结束束语l新新型型高高功功率率的的光光纤激激光光器器越越来来越越引引起起激激光光技技术研研究究人人员和和激激光光技技术应用用者者的的注注意。意。l它它初初露露锋芒芒地地展展现出出美美好好的的应用用前前景景，毫无疑毫无疑问，它潜在着非常广，它潜在着非常广阔的市的市场。l有有关关这种种高高功功率率光光纤
42、激激光光器器的的研研究究，开开发，生生产及及其其各各种种应用用，无无疑疑也也将将会会迅迅速地形成一个新型的速地形成一个新型的产业。2024/8/2471精品文档参考文献参考文献l1,J.Nilsson,A.B.Grudinin,andP. W. Turner,Advancedpulsedand cw high-power fiber lasers, invited paper, in Conference onLasersandElectro-Optics,OSATechnicalDigest(OpticalSocietyofAmerica,Washington,DC2000),p.598.l
43、2,A.B.Grudinin, et al, New generation of cladding pumped fiberlaserandamplifiers,CLEO-Eurpe,Nice,FranceP.CWA3,2000l3,S.U.Alam,J.Nilsson,J.A.Alvarez-Chavez,P. W.Turner,W.A.Clarkson,andA.B.Grudinin,Erbium-ytterbiumco-dopedcladding-pumpedfiberlasertunablefrom1533to1600nmwithupto6.7Wofoutput power?, in
44、Advanced Solid State Lasers, OSA TechnicalDigest(OpticalSocietyofAmerica,Washington,DC2001),pp.224-226.l4,K.Furusawaetal.,CladdingpumpedYbdopedfiberlaserwithholey inner and outer cladding, Vol.9,No.13,p.714-720,2001l2024/8/2472精品文档参考文献参考文献5, S.U.Alam, et al, High-power cladding pumpederbium-ytterbiu
45、mco-dopedfiberlaser,DigestinOFC-2001,LA,USA,p.Tu14,March20016, Radan Slavik, et al , Multiwavelength single-mode erbium dopedfiber laser for FFH-OCDMAtesting,OFC-2002,LA,USA,p.WJ3.March,20027,D.Yung,Resultsand Comparision of a Claddingpumpedfibersimulationusingadecagonshapedfiber,OpticsExpress,Vol.11,No.7,2003,7April.8,W.J.Wadsworth,High power air-clad photoniccrystalfiberlaserOpt.Express,11,48-53(2003)2024/8/2473精品文档Thankyou!2024/8/2474精品文档
