固體激光器光束傳輸方式

 

　　固體激光器（SSL）的三類光束傳輸方式及加工光路，介紹了如何通過(guò)使用反射光路來(lái)減少熱焦點(diǎn)偏移；通過(guò)采用雙同軸芯光纜能使同一光纖傳輸兩種不同質(zhì)量的光束，光束質(zhì)量的改進(jìn)將如何以一種創(chuàng)造性的方法來(lái)提升激光器的靈活性；高質(zhì)量光束如何更好地利用振鏡掃描光路以完成遠(yuǎn)程焊接。

 

　　控制熱焦點(diǎn)偏移

 

　　當(dāng)激光束的波長(zhǎng)為1微米時(shí)，保持光路表面潔凈非常關(guān)鍵。由于固體激光器的波長(zhǎng)比二氧化碳激光器短很多，光路中即便是一個(gè)很小的微粒，也會(huì)造成重大損害或者功率損耗。如果將一個(gè)帶相機(jī)的零度角（直線型）加工頭和一個(gè)帶照相機(jī)的90度角（直角）加工頭做比較，很容易看到熱焦點(diǎn)偏移的效果。在零度角配置的情況下，為了將可見(jiàn)光反射給相機(jī)，需要在透鏡和準(zhǔn)直儀之間增加一個(gè)穿透式光學(xué)板。而在90度角配置時(shí)，為了反射激光波長(zhǎng)和將可見(jiàn)光傳遞給相機(jī)，需要涂覆呈直角形的光路。

 

　　在穿透式鏡片里，激光光束穿過(guò)光學(xué)材料，大約2%的能量會(huì)被疏松物質(zhì)和鏡片表面吸收，即便是潔凈且精心設(shè)計(jì)的鏡片也不例外。可以預(yù)想，1000瓦特的2%是相當(dāng)容易控制的，但是16000瓦特的2%卻難以從材料中消除，因?yàn)椴牧显跓嵯匦苑矫娌皇翘貏e易于傳導(dǎo)熱量。另一方面，反射式鏡片能夠?qū)缀跛械哪芰慷挤瓷涑鋈ィ辉谕繉雍捅砻嫔嫌行┰S損耗，一般不超過(guò)0.3%，因此在光學(xué)材料環(huán)節(jié)中損失的熱量非常少的。

 

　　對(duì)于大功率高負(fù)載率激光焊接應(yīng)用來(lái)說(shuō)，反射式光學(xué)加工頭是理想的選擇。準(zhǔn)直透鏡和聚焦透鏡都已經(jīng)被替換為反射式光路。而且，在反射式聚焦光路上涂覆了涂層，使可見(jiàn)光傳輸至位于后面的相機(jī)。這讓保護(hù)蓋滑片成為這種配置中唯一可透光的光學(xué)部件。圖1顯示了在大功率應(yīng)用中反射式光學(xué)配置和穿透式光學(xué)配置的對(duì)比結(jié)果。在圖中可以看到，熱焦點(diǎn)偏移顯著減少，特別是在與零度角（直線型）穿透式配置相比時(shí)，大功率級(jí)別減少了75%的熱焦點(diǎn)偏移。

 

　　雙芯光纖

 

　　對(duì)于許多焊接應(yīng)用來(lái)說(shuō)，期望的光束質(zhì)量是平頂形的光束波形，并使用相對(duì)大的光斑尺寸來(lái)傳輸中等質(zhì)量的光束。另一方面，激光切割應(yīng)用要求非常好的光束質(zhì)量，通常是高斯分布的波形，可以聚焦至小光斑尺寸。通過(guò)使用適合某種應(yīng)用的光束質(zhì)量，就可以在最佳的聚焦點(diǎn)進(jìn)行加工，從而能在功率級(jí)別很大時(shí)繼續(xù)保持高質(zhì)量、快速和高可重復(fù)性的焊接和切割，還能容許零件位置、高度和焦點(diǎn)偏移稍有變化。要想達(dá)到這一目的，通常必須使用兩根獨(dú)立的光纖。