光纖激光是通過放大光纖內特定波長的光,從而實現小體積、高效率、高信賴性、高光束品質以及高輸出的所有要求的理想型激光。
光纖激光的增幅用光纖的構造
光纖激光是以光纖為增幅媒介的固體激光的一種。處于光纖中心的纖芯中添加了稀土類元素Yb(鐿)。中心部的折射率最高。該添加了Yb的纖芯中會通過1.1μm的激光和勵起光。其外側第一鍍層通過勵起光。外側還有第二鍍層。鍍層是雙重的,因此被成為雙鍍層光纖。
雙鍍層光纖的光束傳輸
圖2是雙鍍層光纖的構造和光束傳輸的光強度分布。勵起光在第二鍍層進行全反射(*注),而在Yb添加纖芯和第一鍍層中傳輸。激光在第一鍍層全反射,而在Yb添加纖芯中通過。勵起光 每次通過Yb添加纖芯,Yb就被勵起。
高輸出光纖激光的光路基本構成
圖3是高輸出光纖激光的光路基本構成。
光路主要分為①勵起部、②共振器部、③光束傳輸部三個部分。
①勵起部是用光纖把勵起用半導體激光(LD)發出的激光傳輸給勵起光合束器。勵起光合束器把來自多個LD的勵起光集結到一根光纖中。
②共振器部把來自勵起光合束器的勵起光傳輸給圖2說明過的雙鍍層光纖(增強用光纖)。勵起光勵起Yb,用FBG( Fiber Bragg Grating)進行增幅。FBG有高反射率鏡片和低反射率鏡片,激光從低反射率鏡片上發振。
③光束傳輸部三個部分是把②共振器部發出的激光和加工頭或者光耦進行連接的光纖。
單一共振器的光纖激光輸出光的結合實現了光纖激光的高輸出化
圖4把圖3的傳輸光纖在輸出光結合部(輸出光合束器)進行多根結合,實現高輸出化。
例如把4根1kW結合后成為4kW,把6根1kW結合后成為6kW。
光纖激光的特長
和以往的固體激光相比,光纖激光有很多特長。
- 因為是從光纖輸出,光束的品質很高(卓越的集光性)
- 在光纖內可以高效率的放大,因此光纖激光不但小巧輕便,電-光轉換效率也很高(方便設置,消費電力低)
- 使用高輸出高信賴性的半導體激光作為勵起光源,同時實現光纖激光的高輸出和高信賴性(長壽命)
- 全部由光纖組成,沒有鏡片類,因此不用擔心沾灰塵和光軸偏,不需要頻繁的維護(維護性高)
由于以上的特長,光纖激光在打標、精細加工、焊接、切割、計測等多種行業正在急速普及。
光纖激光 | YAG激光 | CO2激光 | |
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光束品質 | |||
設置面積 | |||
消耗電力 | |||
信賴性(壽命) | |||
維護 | |||
遙控加工 | |||
初期成本 |
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