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光纤激光打标机的优势和技术优越性

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光纤激光打标机是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光打标机可在光纤放大器的基础上开发出来:在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,当适当加入正反馈回路便可形成激光振荡输出。光纤激光打标机应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等等。

(1)不需热电制冷和水冷,只需简单的风冷;

(2)高功率,目前商用化的光纤激光打标机是六千瓦;

(5)胜任恶劣的工作环境,对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。

(6)玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势;

(7)玻璃材料具有极低的体积面积比,散热快、损耗低,所以上转换效率较高,激光阈值低;

(9)光纤导出,使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用,使机械系统的设计变得非常简单;

(10)由于光纤激光打标机的諧振腔内无光学鏡片,具有免调节、免维护、高稳定性的优点,这是传统激光器无法比拟的;

(11)玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配,这是由于玻璃基质Stark分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故;

二、高功率的光纤激光打标机及其包层泵浦技术

双包层光纤的出现无疑是光纤领域的一大突破,它使得高功率的光纤激光打标机和高功率的光放大器的制作成为现实。自1988年E Snitzer首次描述包层泵浦光纤激光打标机以来,包层泵浦技术已被广泛地应用到光纤激光打标机和光纤放大器等领域,成为制作高功率光纤激光打标机首选途径。

三、新型的光纤激光打标机技术

早期对激光器的研制主要集中在研究短脉冲的输出和可调谐波长范围的扩展方面。今天,密集波分复用和光时分复用技术的飞速发展及日益进步加速和刺激着多波长光纤激光打标机技术、超连续光纤激光打标机等的进步。同时,多波长光纤激光打标机和超连续光纤激光打标机的出现,则为低成本地实现Tb/s的DWDM或OTDM传输提供理想的解决方案。就其实现的技术途径来看,采用EDFA放大的自发辐射、飞秒脉冲技术、超发光二极管等技术均见报道。

四、我国光纤激光打标机目前研究进展

2002年南开大学报道了在掺Yb3 双包层光纤器中得到了脉宽4. 8ns 的自调Q 脉冲输出和混合调Q 双包层光纤激光中得到峰值功率大于8kW ,脉宽小于2ns的脉冲输出。

2003年南开大学报道了利用脉冲泵浦获得100kW 峰值功率的调Q 脉冲,以及得到的60nm 可调谐的调Q 脉冲。

2003年11月20日报道,上海科学家在激光领域取得新成果,成功开发出输出功率高达107W的光纤激光打标机。此激光器的全称为“高功率掺镱双包层光纤激光打标机”,与目前已有的激光器相比它的维护费用和功率消耗都要低得多,寿命是普通激光器的几十倍。该课题组的负责人之一楼祺洪研究员告诉记者,激光打印有着广泛的应用前景,与市民生活直接相关的如食品的生产日期、防伪标志等,若以激光打印代替现在的油墨打印清晰度高、永不褪色、难以仿冒、利于环保,具有国际流行的新趋势。上海科学家研制的光纤激光打标机使光纤激光输出功率又上升了一个新台阶,最大输出功率达107W,已经遥遥领先于全国同行。

2004年,南开大学又报道了连续泵浦206kW峰值功率的调Q脉冲。

2004年12月3日,烽火通信报道,继推出激光输出功率达100W以上的双包层掺镱光纤后,经过艰苦的攻关再创佳绩,将该类新型光纤的输出功率成功提高至440W,达到国际领先水平。这是烽火通信在特种光纤领域迈出的重要一步,同时也是我国在高功率激光器用光纤领域的重大突破。掺镱双包层光纤激光打标机是国际上新近发展的一种新型高功率激光器件,由于其具有光束质量好、效率高、易于散热和易于实现高功率等特点,近年来发展迅速,并已成为高精度激光加工、激光雷达系统、光通信及目标指示等领域中相干光源的重要候选者。双包层掺镱激光器的主要激光增益介质是双包层掺镱光纤,因此双包层掺镱光纤的性能直接决定了该类激光器的转换效率和输出功率。

五、结论

光纤激光打标机作为第三代激光技术的代表,具有其他激光器无可比拟的技术优越性。不过,我们认为,在短期内,光纤激光打标机将主要聚焦在高端用途上随光纤激光打标机的普及,成本的降低以及产能的提高,最终将可能会替代掉全球大部分高功率CO2激光器和绝大部分YAG激光器。

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