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YAG激光器与光纤激光器在切割领域中对比分析

 一、YAG激光器
        YAG激光器是以钇铝石榴石晶体为基质的一种固体激光器。钇铝石榴石的化学式是Y3Al5O15,简称为YAG。
  和其他固体激光器一样,YAG激光器基本组成部分是激光工作物质、泵浦源和谐振腔。不过由于晶体中所掺杂的激活离子种类不同,泵浦源及泵浦方式不同,所采用的谐振腔的结构不同,以及采用的其他功能性结构器件不同,YAG激光器又可分为多种,例如按输出波形可分为连续波YAG激光器、重频YAG激光器和脉冲激光器等;按工作波长分为1.06μm YAG激光器、倍频YAG激光器、拉曼频移YAG激光器(λ=1.54μm)和可调谐YAG激光器(如色心激光器)等;按掺杂不同可分为Nd:YAG激光器、掺Ho、Tm、Er等的YAG激光器;以晶体的形状不同分为棒形和板条形YAG激光器;根据输出功率(能量)不同,可分为高功率和中小功率YAG激光器等。
  在激光加工行业一般使用1.06μm的YAG激光器,按照泵浦方式的区别又分为灯泵YAG和半导体侧泵YAG。在应用中,激光加工系统将波长为1064nm的脉冲激光束经过扩束、反射、聚焦后,直接辐射在待加工材料表面,由数字化精确控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,烧蚀材料表面或者使材料熔融,从而通过数控系统实现预定轨迹的切割、焊接、打孔。

相对于光纤激光器的优点:
        1、YAG晶体损伤阀值高,可以实现较大的单脉冲能量和较高的峰值功率,应用范围更宽;
  2、价格便宜,YAG激光器是一种发展了几十年的激光器,技术成熟,价格也相对便宜,但随着光纤激光器的普及,这个优势也越来越弱;
  3、器件维护更换相对简单。

 二、光纤激光器
        光纤通常是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维,主要广泛应用于光纤通讯,其导光原理就是光的全内反射机理。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯(芯径一般为9-62.5um)、中间为低折射率硅玻璃包层(芯径一般为125um)和最外部的加强树脂涂层组成。
        光纤可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤:中心玻璃芯较细(直径9um+0.5um),只能传一种模式的光,其模间色散很小,具有自选模和限模的功能。多模光纤:中心玻璃芯较粗(50um+1um),可传多种模式的光,但其模间色散较大,传输的光不纯。
        光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光器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(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。光纤激光器的大部分器件都可以通过光纤来实现,是一种实现了95%以上光路实现光纤化的产品。根据掺杂的稀土元素的不同(Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等),光纤激光器可以实现不同的波长,在激光加工行业一般使用的是掺镱的1064nm光纤激光器。
 
相对于YAG激光器的优点:
     1、光纤的可绕性所带来的小型化、集约化优势。
        2、细长的光纤具有降低的体积面积比,散热快、损耗低。
        3、由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片,具有免调节、免维护、高稳定性的优点,这是传统YAG激光器无法比拟的。
        4、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。
        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、高的电光效率:综合电光效率高达20%以上,大幅度节约工作时的耗电,节约运行成本。

应用:
        光纤激光器只消耗相当于1%的灯泵激光器所需电能,同时其效率是半导体侧固体激光器(Nd激光系统)的两倍以上。更高的效率、更长的使用寿命、更少的维护结合起来使得光纤激光器的拥有者的成本富有极强的吸引力。光纤激光器在那些要求近红外高光束质量的激光器应用中大有用武之地。他们会对小的聚焦光斑、高的功率密度有特殊的兴趣,如桌面式的生产。一束100W的激光输出光斑可以被聚焦到5um那么小,这相当于亮度 109W/cm2
     光纤激光器应用范围非常广泛,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、光纤激光器可作为军用激光信标光源;在海军装备中,光纤激光器可用作对潜通讯、探测鱼雷、测量海深、水下传感及海基光控武器。军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等等。

与传统激光切割机相比,光纤切割的优点:
  它既可做平面切割,也可做斜角切割加工,且边缘整齐、平滑,适用于金属板、玻璃等高精度的切割加工。比起普通二氧化碳激光切割机更节省空间和气体消耗量,光电转化率高,是节能环保的新产品,也是世界上领先技术产品之一。
  光纤激光切割机具有极高的电光转换效率,其电光转换效率达25%,比传统激光切割机的电光转换效率高出数倍,而综合运行费用却仅为传统激光切割机的15%。同时,光纤激光切割机体积较小,其激光发生器的占地面积不到1平方米,整体占地面积约50平方米,为传统激光切割机的三分之二。
        所以,在激光器的选择上,要考虑到各种参数,以及自身的实际需要,只有这样,才能让激光器发挥出它的最大效能。更多资讯请点击杭州激光打标机

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