光纖激光打標機

1、2022-4-121光纖激光打標機 深圳市正亞激光設備有限公司 官方網(wǎng)站http:/2022-4-122目錄引言光纖激光器基本結(jié)構(gòu)及主要特點高功率光纖激光器及其研究進展高功率光纖激光器的應用展望2022-4-123 激 光 器 問 世 不 久 ， 美 國 光 學 公 司激 光 器 問 世 不 久 ， 美 國 光 學 公 司（American optical corporationAmerican optical corporation）的）的Snitzer Snitzer 和和KoesterKoester于年首先提出于年首先提出光纖激光器和放大器的構(gòu)思。年光纖激光器和放大器的構(gòu)思。年高錕和高錕

2、和HockhamHockham提出了光纖通信的基本概念。提出了光纖通信的基本概念。年后光纖通信經(jīng)歷研究開發(fā)階段年后光纖通信經(jīng)歷研究開發(fā)階段（），實用化階段（），實用化階段（）迅速進入（）迅速進入年以后的大規(guī)模光纖通信建設階段。年以后的大規(guī)模光纖通信建設階段。 2022-4-124 隨著光通信的迅猛發(fā)展，光纖制造工藝與半隨著光通信的迅猛發(fā)展，光纖制造工藝與半導體激光器生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，為光纖激光器導體激光器生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，為光纖激光器和放大器的發(fā)展奠定基礎。英國的南安普敦大和放大器的發(fā)展奠定基礎。英國的南安普敦大學和通訊研究實驗室、德國漢堡技術(shù)大學、美學和通訊研究實驗室、德國漢堡技術(shù)大學、美國

3、的國的Polaroid Corporation,BellPolaroid Corporation,Bell實驗室，日實驗室，日本的、均在光纖激光器研究中本的、均在光纖激光器研究中取得許多重要成果。取得許多重要成果。 2022-4-125 近年來，美國近年來，美國IPG PhotonicsIPG Photonics公司異軍突公司異軍突起，不僅展示，起，不僅展示，Bands Bands 的各種光的各種光纖放大器，高功率的，纖放大器，高功率的，RamanRaman光纖激光纖激光器和雙波長光器和雙波長RamanRaman光纖激光器，更引起國際光纖激光器，更引起國際關注的是該公司已推出各種商用摻關注的是

4、該公司已推出各種商用摻Y(jié)bYb高功率高功率光纖激光器，最大功率達光纖激光器，最大功率達1 1萬瓦；單模輸出功萬瓦；單模輸出功率高達率高達1000W,1000W,光束質(zhì)量非常好，光束質(zhì)量非常好，M M2 2小于小于1.11.1。2022-4-126 高功率光纖激光器具有光束質(zhì)量好、壽高功率光纖激光器具有光束質(zhì)量好、壽命長、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點，其主要性能已明命長、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點，其主要性能已明顯優(yōu)于半導體激光泵浦固體激光器和顯優(yōu)于半導體激光泵浦固體激光器和COCO2 2激光激光器。從發(fā)展態(tài)勢看，光纖激光器不僅在光纖器。從發(fā)展態(tài)勢看，光纖激光器不僅在光纖通信領域有重要的應用而且迅速地向其他更通信領域

5、有重要的應用而且迅速地向其他更為廣闊的激光應用領域擴展，這是一類已經(jīng)為廣闊的激光應用領域擴展，這是一類已經(jīng)取得技術(shù)突破，正在向技術(shù)的廣度和深度迅取得技術(shù)突破，正在向技術(shù)的廣度和深度迅速發(fā)展的、有重要應用前景的激光器。速發(fā)展的、有重要應用前景的激光器。 2022-4-127二、光纖激光器基本結(jié)構(gòu)及主要特點 諧振腔腔鏡可為反射鏡、光纖光柵或光纖環(huán) 諧振腔耦合光學系統(tǒng)工作物質(zhì)(增益光纖)準直光學系統(tǒng)LD泵浦源 光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)與固體激光器的結(jié)構(gòu)基本光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)與固體激光器的結(jié)構(gòu)基本相同，如下圖所示：相同，如下圖所示：2022-4-128 光纖激光器大致可分為三類光纖激光器大致可分為三類:

6、 稀土元素摻雜光纖激光器稀土元素摻雜光纖激光器 摻雜離子可為摻雜離子可為Nd3+，Er3+，Yb3+，Tm3+等，基質(zhì)等，基質(zhì)可以是石英玻璃，氟化鋯玻璃，磷酸鹽玻璃、單晶、可以是石英玻璃，氟化鋯玻璃，磷酸鹽玻璃、單晶、光子晶體光纖等。光子晶體光纖等。 染料光纖激光器染料光纖激光器 纖芯、包層或二者加入激光染料。纖芯、包層或二者加入激光染料。 非線性光纖激光器非線性光纖激光器 利用光纖中的利用光纖中的SRS，SBS非線性效應產(chǎn)生波長可非線性效應產(chǎn)生波長可變換的激光。變換的激光。2022-4-129光纖激光器的主要特點光纖激光器的主要特點 （1）光纖作為導波介質(zhì)，纖芯直徑小，纖內(nèi)易）光纖作為導波介

7、質(zhì)，纖芯直徑小，纖內(nèi)易形成高功率密度，可方便地與目前的光纖通信系統(tǒng)形成高功率密度，可方便地與目前的光纖通信系統(tǒng)高效連接，構(gòu)成的激光器具有高轉(zhuǎn)換效率、低閾值、高效連接，構(gòu)成的激光器具有高轉(zhuǎn)換效率、低閾值、高增益、輸出光束質(zhì)量好和線寬窄等特點；高增益、輸出光束質(zhì)量好和線寬窄等特點； （2）由于光纖具有極好的柔繞性，激光器可設）由于光纖具有極好的柔繞性，激光器可設計得相當小巧靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、易于系統(tǒng)計得相當小巧靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、易于系統(tǒng)集成、性能價格比高；集成、性能價格比高； 2022-4-1210 （3）由于光纖具有很高的）由于光纖具有很高的“表面積表面積/體積體積”比，散熱效比，散

8、熱效果非常好，所以光纖激光器可以工作在果非常好，所以光纖激光器可以工作在-2070的的環(huán)境溫環(huán)境溫度內(nèi)，不需要龐大的水冷系統(tǒng)，只需簡單的風冷即可，且度內(nèi)，不需要龐大的水冷系統(tǒng)，只需簡單的風冷即可，且可在惡劣的環(huán)境下工作，如在高沖擊、高震動、高溫度、可在惡劣的環(huán)境下工作，如在高沖擊、高震動、高溫度、有灰塵的條件下正常運轉(zhuǎn)；有灰塵的條件下正常運轉(zhuǎn)； （4）具有相當好的可調(diào)諧參數(shù)和選擇性，能獲得寬調(diào)）具有相當好的可調(diào)諧參數(shù)和選擇性，能獲得寬調(diào)諧范圍（諧范圍（380nm3900nm）和相當好的單色性和高穩(wěn)定）和相當好的單色性和高穩(wěn)定性，使用壽命長，平均無故障工作時間在性，使用壽命長，平均無故障工作時間

9、在10kh甚至甚至100kh以；以； （5）采用特殊的器件結(jié)構(gòu)可獲得高功率輸出或超短脈）采用特殊的器件結(jié)構(gòu)可獲得高功率輸出或超短脈沖輸出。沖輸出。2022-4-1211三、高功率光纖激光器及其研究進展三、高功率光纖激光器及其研究進展 光纖激光器不僅與固體、氣體、半導體激光器等相比，有非常明顯的優(yōu)越性，而且與二極管泵浦固體激光器相比，也有更好的光束質(zhì)量，可得到更小的聚焦光斑。隨著光纖激光器應用的更加廣泛，對高功率光纖激光器的需要越來越大。為了獲得高功率輸出，關鍵之一是包層泵浦技術(shù)（Cladding pumped technology）。2022-4-1212雙包層光纖激光器雙包層光纖激光器 雙包

10、層摻雜光纖的構(gòu)形如下圖所示 光纖芯光纖芯外包層外包層保護層保護層激光輸出激光輸出泵浦光泵浦光2022-4-1213 雙包層摻雜光纖由纖芯、內(nèi)包層、外包層和保護層四個層次組成。內(nèi)包層的作用：一是包繞纖芯，將激光輻射限制在纖芯內(nèi)；二是將泵浦光耦合到內(nèi)包層，使之在內(nèi)包層和外包層之間來回反射，多次穿過單模纖芯被其吸收。 在雙包層結(jié)構(gòu)中，泵浦光的吸收率和內(nèi)包層的幾何形狀和纖芯在包層結(jié)構(gòu)中的位置有關。此外，泵浦光被摻雜稀土離子的吸收率正比于內(nèi)包層和外包層的面積比。2022-4-1214 美國IPG公司相繼推出輸出功率為700W、2KW和10KW的摻Y(jié)b雙包層高功率光纖激光器產(chǎn)品。為了提高光纖激光器的輸出功

11、率，可采用多組寬帶區(qū)多模半導體二極管作為泵浦源，其基本結(jié)構(gòu)如圖所示 2022-4-12152022-4-1216高功率光纖激光器關鍵技術(shù)高功率光纖激光器關鍵技術(shù)（1）產(chǎn)生激光的特種光纖（Yb-doped double cladding fiber）（2）光纖光柵（激光腔）（3）大功率激光二極管泵浦光/光纖輸出（4）多路泵浦光注入耦合系統(tǒng)（5）多路光纖激光合波器2022-4-1217IPG公司已經(jīng)推出的部分產(chǎn)品2022-4-1218IPG萬瓦級光纖激光器2022-4-1219IPGIPG公司高功率光纖激光器主要指標公司高功率光纖激光器主要指標2022-4-1220國內(nèi)研究概況國內(nèi)研究概況 國內(nèi)有

12、眾多的高校和研究所在進行摻鐿雙包層光纖激光器的研究工作。目前，取得了一些可喜的成績。 （1）今年7月份，上海光機所在繼去年11月份得到百瓦功率之后，又獲得了200W的輸出功率，光-光轉(zhuǎn)換效率接近70%，在該項目的研究中，已經(jīng)申請了十幾項專利技術(shù)。 2022-4-1221國內(nèi)研究概況國內(nèi)研究概況 （2）南開大學在研制出短脈沖光纖激光器的同時，大膽創(chuàng)新，率先研制出了雙包層光纖光柵，為雙包層光纖激光器的全光纖化研究，邁出了重要的一步。 （3）武漢烽火通信成功推出了完全達到商用水平的雙包層摻鐿光纖產(chǎn)品。據(jù)悉，通過上海光機所試用，其斜率效率達到66以上，在選用合適的光纖長度和泵浦功率的條件下，可實現(xiàn)10

13、0W以上的激光功率輸出，達到國際先進水平。 2022-4-1222 值得一提的是，近1-2年內(nèi)，國內(nèi)外掀起了光子晶體特別是光子晶體光纖的研究熱潮，由于其獨特的結(jié)構(gòu)和導模機制使光子晶體光纖具有許多普通光纖所不具備的優(yōu)越特性。根據(jù)不同的特性，有望研制出各種光子晶體功能器件，比如光子晶體光纖光柵、光子晶體衰減器、激光器和放大器等等。 目前國外有多家公司有晶體光纖產(chǎn)品，比如丹麥晶體光纖公司推出了“雙包層高數(shù)值孔徑摻鐿晶體光纖” ，這種光纖可以用在光纖激光器或光纖放大器中，另外由于該光纖具有光敏性，還可以在其上刻寫光纖光柵。 晶體光纖應用于光纖激光器中晶體光纖應用于光纖激光器中2022-4-1223該公

14、司DC-420-23-Yb型雙包層高數(shù)值孔徑摻鐿晶體光纖Near Field of core at 1310nm Near Field of cladding Fiber Structure2022-4-1224 國內(nèi)燕山大學、電子科技集團公司46研究所和上海光機所等單位也在開展光子晶體光纖方面的研制工作，其中燕山大學有一些初期的產(chǎn)品。今年6月份，上海光機所在大芯徑單模光子晶體光纖研制中獲新進展，成功地拉制出芯徑達40m的單模光子晶體光纖。 北郵、北半、南開大學、深圳大學以及北方交通大學等研究所和高校開展了晶體光纖功能器件等的研究工作，取得了一些初步的成功。今年4月深圳大學成功研制出了15W

15、光子晶體光纖激光器 。2022-4-1225四、光纖激光器的應用 高功率摻鐿光纖激光器（HPFL）與目前激光加工中常用的二氧化碳激光器（CO2）、光泵YAG（LP-YAG）、半導體泵浦YAG激光器相比，表現(xiàn)出突出的優(yōu)點，特別是電光轉(zhuǎn)換效率高，光束質(zhì)量好，泵浦源壽命長，使用方便，環(huán)境適應能力強，空氣冷卻等優(yōu)點，使它在激光應用技術(shù)領域中呈現(xiàn)出美好的應用前景。2022-4-1226表1 幾類激光器性能的比較2022-4-1227光纖激光器可用于材料加工和制造光纖激光器可用于材料加工和制造 不同材料加工所需光纖激光器功率如下: 金屬切割:500w2kw； 金屬焊接和硬焊:500w20kw； 金屬淬火和

16、涂敷:220kw； 玻璃和硅切割:500w2kw； 聚合物和復合材料切割為200w1kw； 快速印刷和打印:20w1kw； 軟焊和燒結(jié)為50500w； 消除放射性沾染為300w1kw。 2022-4-1228材料加工應用范圍與激光功率、光束參數(shù)關系示意圖材料加工應用范圍與激光功率、光束參數(shù)關系示意圖2022-4-1229高功率材料加工2022-4-1230 經(jīng)過實驗，發(fā)現(xiàn)高功率光纖激光器與燈泵和半導體泵浦的YAG激光器相比，具有以下優(yōu)點：2022-4-1231激光打標激光打標包括半導體芯片/晶元片/集成電路/電子器件，醫(yī)療器件，手機/計算機鍵盤，儀器面板/按鍵，服裝鈕扣，香煙/食品包裝等。CO

17、2和和YAG激光器：激光器：體積大；高功耗；短體積大；高功耗；短壽命；高維護費用；壽命；高維護費用；使用不方便。使用不方便。摻鐿光纖激光器：體積?。坏凸?；長壽命摻鐿光纖激光器：體積小；低功耗；長壽命 ；低成本，免維護；光束質(zhì)量好，工作面處功率低成本，免維護；光束質(zhì)量好，工作面處功率密度高；光纖傳輸?shù)焦ぷ髅?，使用方便。密度高；光纖傳輸?shù)焦ぷ髅妫褂梅奖恪?022-4-1232深圳正亞激光ZY-10光纖激光打標機2022-4-1233ZY-10W光纖激光打標機技術(shù)參數(shù)2022-4-1234在線打標在線打標2022-4-1235激光雕刻激光雕刻精密電子元器件 2022-4-1236精密金屬標刻 2

18、022-4-1237醫(yī)療器械精密切割醫(yī)療器械精密切割 在醫(yī)用儀器中，實用化的典型例子有擴張器、內(nèi)窺鏡和導管等的加工 。 所謂擴張器，就是治療閉塞性疾病的器具的總稱。例如冠狀動脈血管用的擴張器。此外，還有膽管、食道、氣管、前列腺用的擴張器等。利用擴張器治療疾病源于美國。目前，我國沒掌握心血管支架（coronary stent）的加工技術(shù)，進口支架價格昂貴，一個進口支架的價格就將近2萬元，整個手術(shù)的費用高達10多萬元，國內(nèi)很多患者不能得到治療。據(jù)衛(wèi)生部統(tǒng)計，我國需要接受心血管手術(shù)的病人已達400萬人，但全國每年的手術(shù)量尚不足4萬例。2022-4-1238 一般地，支架尺寸非常小，比如血管支架的主要

19、參數(shù)為：直徑0.8-2 mm、壁厚0.08-0.4 mm、網(wǎng)線寬度0.05-0.07 mm，切割加工精密+/-5m。這就要求激光器必須有非常好的光束質(zhì)量（M2接近于1），以及非常小的聚焦光斑直徑（小于15m）。另外，還要求激光器的穩(wěn)定性好。所有這些，都只有光纖激光器才能達到要求，比如用YAG激光器切割出來的支架，表面有毛刺現(xiàn)象，而且熱影響區(qū)大，影響了支架的彈性。2022-4-12392022-4-1240心臟支架的切割及其應用2022-4-12412022-4-1242六、展望 光纖激光器的優(yōu)良性能，決定了它比半導體激光器和大型激光器擁有更多的優(yōu)勢， 其應用范圍越來越廣闊，為滿足快速增長的巨大的市場需求，美國、西歐、日本和我國都已紛紛加大