高功率光纤激光器课件

高功率光纤激光器次目次目l摘要摘要l引言引言l高功率光纤激光器的工作原理高功率光纤激光器的工作原理l高功率光纤激光器的特性及其应用展望高功率光纤激光器的特性及其应用展望2024/7/292摘要摘要1，概概要要地地描描述述高高功功率率光光纤纤激激光光器器的的基基本本工作原理和关键技术工作原理和关键技术;2，介介绍绍目目前前国国际际市市场场上上刚刚出出现现的的几几种种新新颖颖的的高高功功率率光光纤纤激激光光器器,并并介介绍绍它它们们的的特特征征;3，对对高高功功率率光光纤纤激激光光器器在在一一些些领领域域中中的的应用进行了展望。应用进行了展望。2024/7/293引言引言l光纤激光器是当前激光技术研究领域中的前沿光纤激光器是当前激光技术研究领域中的前沿课题，它的研究与应用亦日趋活跃。课题，它的研究与应用亦日趋活跃。l国家自然科学基金委和国家自然科学基金委和“863”“863”分别将其列入分别将其列入20022002年的重大研究课题和攻关项目。年的重大研究课题和攻关项目。l随着激光二极管及其泵浦技术、光纤材料和工随着激光二极管及其泵浦技术、光纤材料和工艺研究的进展，适合多种不同应用目的的光纤艺研究的进展，适合多种不同应用目的的光纤激光器亦缤呈异彩地涌现于世。激光器亦缤呈异彩地涌现于世。l其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。扩展。2024/7/294高功率光纤激光器的应用领域高功率光纤激光器的应用领域l金属和非金属材料的加工与处理；金属和非金属材料的加工与处理；l激光雕刻；激光雕刻；l激光产品打标；激光产品打标；l激光焊接，焊缝清理；激光焊接，焊缝清理；l精密打孔；精密打孔；l激光检测和测量；激光检测和测量；|激光图形艺术成像；激光图形艺术成像；l激光雷达系统，污染控制；激光雷达系统，污染控制；l传感技术和空间技术；传感技术和空间技术；l激光医学等等。激光医学等等。2024/7/295高功率光纤激光器的主要特性高功率光纤激光器的主要特性l在光纤材料中掺杂铒在光纤材料中掺杂铒(Er)Er)，铥铥(Tm)Tm)，镨镨(Pr)Pr)，镱镱(Yb)Yb)等不同的稀土元素便会使光纤激光器有多种等不同的稀土元素便会使光纤激光器有多种不同的输出波长；不同的输出波长；l由于双包层泵浦技术由于双包层泵浦技术l(Double Cladding Pumped Technology)Double Cladding Pumped Technology)的发明的发明与特殊工艺的融合便诞生了高功率的光纤激光器；与特殊工艺的融合便诞生了高功率的光纤激光器；l目前光纤激光器波长范围可以从蓝、绿、红可见目前光纤激光器波长范围可以从蓝、绿、红可见波长到波长到20002000nmnm；l光纤激光器输出的连续激光功率从百毫瓦量级上光纤激光器输出的连续激光功率从百毫瓦量级上升到百瓦的量级升到百瓦的量级,千瓦量级千瓦量级,乃至万瓦量级。乃至万瓦量级。2024/7/296高功率光纤激光器的主要优点高功率光纤激光器的主要优点l20022002年年1 1月月,美美国国一一公公司司推推出出一一种种掺掺镱镱的的高高功功率率光光纤纤激激光光器器，其其连连续续出出功功率率高达高达700700瓦瓦(波长为波长为1.061.06 m),m),这种激光器的特点是：这种激光器的特点是：l *转换效率高（可高达转换效率高（可高达20%20%）；）；l *寿命长（平均无故障工作时间在寿命长（平均无故障工作时间在1010万小时以上）；万小时以上）；l *可可 在在 恶恶 劣劣 的的 环环 境境 下下 工工 作作（由由 于于 其其 共共 振振 腔腔 置置 于于 光光 纤纤 内内 部部，即即使使在在高高冲冲击击，高高震震动动，高高湿湿度度，有有灰灰尘尘的的条条件件下下皆皆可可正正常常运运转转，而而环环境境温度范围允许在温度范围允许在-20-20 C C至至+70+70 C C之间）；之间）；l *无无论论是是连连续续或或脉脉冲冲的的运运转转方方式式皆皆无无需需庞庞大大的的水水冷冷或或风风冷冷系系统统.只需一般的散热体或简便的风冷即可，只需一般的散热体或简便的风冷即可，l *其其外外型型紧紧凑凑体体积积小小（光光纤纤激激光光器器模模块块的的体体积积大大约约有有一一本本字字典典的的大小）；大小）；l *方便光纤导出；方便光纤导出；l *易于系统集成；易于系统集成；l *无有体积庞大的电源系统。无有体积庞大的电源系统。2024/7/297高功率光纤激光器的工作原理高功率光纤激光器的工作原理-1-1-1-1l光纤激光器是在光纤放大器的基础上而发展起来光纤激光器是在光纤放大器的基础上而发展起来的。的。l它是利用掺杂稀土元素的光纤，再加上一个恰当它是利用掺杂稀土元素的光纤，再加上一个恰当的反馈机制便形成了光纤激光器。的反馈机制便形成了光纤激光器。l掺杂稀土元素的光纤就充当了光纤激光器的增益掺杂稀土元素的光纤就充当了光纤激光器的增益介质。介质。l在光纤激光器中有一根非常细的光纤纤芯，由于在光纤激光器中有一根非常细的光纤纤芯，由于外泵浦光的作用，在光纤内便很容易形成高功率外泵浦光的作用，在光纤内便很容易形成高功率密度，从而引起激光工作物质能级的粒子数反转。密度，从而引起激光工作物质能级的粒子数反转。l一般是采用光纤光栅构成光纤激光器的谐振腔。一般是采用光纤光栅构成光纤激光器的谐振腔。2024/7/298高功率光纤激光器的工作原理高功率光纤激光器的工作原理-2-2-2-2l高功率光纤激光器的关键技术高功率光纤激光器的关键技术:l用于泵浦的宽面、多模大功率激光二极管用于泵浦的宽面、多模大功率激光二极管;l截面为梅花瓣形的内包层或多孔的双包层光纤；截面为梅花瓣形的内包层或多孔的双包层光纤；l单模掺镱纤芯单模掺镱纤芯;l锥形捆扎或树叉形双包层光纤泵浦光导入口锥形捆扎或树叉形双包层光纤泵浦光导入口;l特殊耦合技术特殊耦合技术;l光纤光栅谐振腔光纤光栅谐振腔.2024/7/299高功率光纤激光器的工作原理高功率光纤激光器的工作原理-3-3-3-3内包层内包层掺掺Yb单模纤芯单模纤芯外包层外包层光纤光栅光纤光栅掺镱双包层泵浦光纤掺镱双包层泵浦光纤输出端输出端低折射率的外包层光纤低折射率的外包层光纤专利设计双包层泵浦光纤之截面图专利设计双包层泵浦光纤之截面图2024/7/2910高功率光纤激光器的工作原理高功率光纤激光器的工作原理-4-4-4-45m纤芯多模多模DiodePnmpTaperedFiberBundle特殊耦合器特殊耦合器2024/7/2911高功率光纤激光器的工作原理高功率光纤激光器的工作原理-5-5-5-5BundleswithallMMportsforcouplingtoYb-dopedfiber7MMFiber0.16NASinglemodeoutputMulti-Modeinputfiber1,多模大功率激光二极管泵浦多模大功率激光二极管泵浦;2,专门的耦合设计专门的耦合设计.2024/7/2912光纤激光器基本结构示意图光纤激光器基本结构示意图Sketch of fiber laserSketch of fiber laserSketch of fiber laserSketch of fiber laser泵浦光泵浦光970nm泵浦光泵浦光970nm激光输出激光输出光纤光栅光纤光栅100%反射反射光纤光栅光纤光栅10%反射反射掺镱掺镱(Yb)光纤光纤2024/7/2913几种泵浦方式几种泵浦方式l12024/7/2914多模、包层泵浦示意图多模、包层泵浦示意图Multi-mode,cladding pumpingMulti-mode,cladding pumping掺杂稀土元素的单模纤芯掺杂稀土元素的单模纤芯Rareearthdopedsinglemodecore多模泵浦光多模泵浦光Multi-modepumplight单模输出单模输出LaseroutputSingle-mode包层包层cladding在单模纤芯内被镱原子吸收的多模泵浦光在单模纤芯内被镱原子吸收的多模泵浦光Multi-modepumplightisabsorbedbyytterbiumatomsinthesingle-modecore特殊设计的树杈形包层光纤特殊设计的树杈形包层光纤Claddingfiberin“theforkofatree”shape2024/7/2915掺稀土元素硅光纤的制作掺稀土元素硅光纤的制作l使用使用MCVD(ModifiedChemicalVaporDeposition)设设备备l稀土元素溶液的掺杂稀土元素溶液的掺杂l低折射率镀层制做双低折射率镀层制做双包层光纤包层光纤l超声成型超声成型2024/7/2916高功率光纤激光器的工作原理高功率光纤激光器的工作原理-6-6-6-6 若在包层光纤材料中掺杂不同若在包层光纤材料中掺杂不同的稀土元素，例如掺杂铒的稀土元素，例如掺杂铒(ErEr)，铥铥(Tm)Tm)，镨镨(Pr)Pr)，镱镱(YbYb)等不同等不同的稀土元素即会使得光纤激光器的稀土元素即会使得光纤激光器有多种不同的激光波长输出有多种不同的激光波长输出。如果用多个多模激光二极管同如果用多个多模激光二极管同时耦合至双包层光纤上，就可以时耦合至双包层光纤上，就可以获得高功率的激光输出。获得高功率的激光输出。这就是被称之为双包层、多模、并这就是被称之为双包层、多模、并行泵浦技术。行泵浦技术。2024/7/2917YbYb3+3+3+3+离子能级图离子能级图基态子能级基态子能级a亚稳态能级亚稳态能级d基态子能级基态子能级c激发态子能级激发态子能级e980nm泵浦泵浦自发辐射跃迁自发辐射跃迁1.06m无辐射跃迁无辐射跃迁2F7/2能级能级2F5/2能级能级2024/7/2918YbYb+3+3+3+3基态与激发态吸收谱基态与激发态吸收谱Wavelength(nm)Paramenter(dB/m)1GroundStateAbsorption2ExcitedStateGain122024/7/2919光纤激光器包层泵浦技术示意图光纤激光器包层泵浦技术示意图光纤激光器包层泵浦技术示意图光纤激光器包层泵浦技术示意图 cladding pumping technology in fiber lasercladding pumping technology in fiber lasercladding pumping technology in fiber lasercladding pumping technology in fiber laserPumpdiodewithabroad-area宽面的泵浦激光二极管宽面的泵浦激光二极管Claddingfiberandcaredopedrareearthelements双包层光纤及掺杂稀土元素的纤芯双包层光纤及掺杂稀土元素的纤芯Laseroutput激光输出激光输出2024/7/2920宽面的泵浦激光二极管宽面的泵浦激光二极管l多模泵浦二极管其多模泵浦二极管其稳定性很高。几何稳定性很高。几何上的宽面就使得上的宽面就使得LD的断面上的光的断面上的光功率密度很低且通功率密度很低且通过活性面的电流密过活性面的电流密度亦很低。这样泵度亦很低。这样泵浦二极管的可靠运浦二极管的可靠运转寿命就会很长。转寿命就会很长。外包层外包层内包层内包层纤芯纤芯输出光束输出光束宽面二极管宽面二极管2024/7/2921包层光线横截面与包层泵浦技术示意图包层光线横截面与包层泵浦技术示意图Section of cladding fiber and cladding pumping Section of cladding fiber and cladding pumping technologytechnology纤芯纤芯Core外包层外包层Outerclad矩形内包层矩形内包层偏心圆偏心圆内包层内包层内包层内包层Innerclad花瓣形内包花瓣形内包层层2024/7/2922包层光纤横断面的几何形状包层光纤横断面的几何形状l光纤内包层横断面的几何形状是很重要的。光纤内包层横断面的几何形状是很重要的。l如果设计成圆形，而纤芯又居其中心，这样大如果设计成圆形，而纤芯又居其中心，这样大部分的泵浦光就不能横穿过纤芯。部分的泵浦光就不能横穿过纤芯。l设计出其它光纤内包层横断面的几何形状，以设计出其它光纤内包层横断面的几何形状，以使更多的泵浦光横穿过纤芯。使更多的泵浦光横穿过纤芯。l例如设计成：例如设计成：l偏心圆式的内包层，偏心圆式的内包层，l矩形的内包层，矩形的内包层，l花瓣形的内包层。花瓣形的内包层。2024/7/2923多孔双包层光纤截面扫描电子显微镜照片多孔双包层光纤截面扫描电子显微镜照片From refrences 4From refrences 4参考文献参考文献 内包层多孔直径内包层多孔直径d=2.7 m孔间距孔间距=9.7 m外包层多孔直径外包层多孔直径d=12.3 mOuterjacketcoreInnercladdingOutercladding2024/7/2924多孔双包层光纤截面扫描电子显微镜照片多孔双包层光纤截面扫描电子显微镜照片l大小孔内包层小孔内包层低阈值低阈值,有效吸收有效吸收2024/7/2925光子晶体多孔双包层光纤截面扫描电子光子晶体多孔双包层光纤截面扫描电子显微镜照片显微镜照片lM2024/7/2926光子晶体多孔双包层光纤激光器强度光子晶体多孔双包层光纤激光器强度分布分布lM参考文献参考文献82024/7/2927梅花瓣形内包层光纤尺寸示意第二包层掺氟石英第二包层掺氟石英 n n=1.40=1.40第一包层熔凝石英第一包层熔凝石英 n n=1.45=1.45纤芯纤芯-掺镱熔凝石英掺镱熔凝石英 n n=1.46=1.461251259090882024/7/2928Maxwells equationl泵浦掺镱光纤泵浦掺镱光纤,在任意端面形状的包层区和光纤内在任意端面形状的包层区和光纤内光的传播遵从光的传播遵从Maxwells方程方程:l其中其中见参考文献见参考文献72024/7/2929掺镱纤芯的吸收光谱SpectralabsorptionYb+3Wavelength(nm)MultimodeAbsorption(dB/m)976nm915,940nm2024/7/2930Multi-mode and parallel pumpingMulti-mode and parallel pumping多模、并行泵浦示意图多模、并行泵浦示意图多个二极管并行泵浦多个二极管并行泵浦MorediodesarecoupledintothefiberDoublecladdingdopedfiberSpecialcouplerOutputlaser2024/7/2931并行泵浦示意图并行泵浦示意图lZ光纤光纤泵浦二极管泵浦二极管泵浦二极管泵浦二极管柱面透镜柱面透镜2024/7/2932大功率宽面多模二极管的并行泵浦技术的优点大功率宽面多模二极管的并行泵浦技术的优点l1，高功率。高功率。一个多模泵浦二极管可辐射出大于一个多模泵浦二极管可辐射出大于100100瓦的瓦的激光功率，光功率，多个多模泵浦二极管并行设置，即可允许设计出很高功率输出的多个多模泵浦二极管并行设置，即可允许设计出很高功率输出的光纤激光器。光纤激光器。l2 2，无需热电冷却器。无需热电冷却器。这种大功率的宽面多模二极管可在很高的温这种大功率的宽面多模二极管可在很高的温度下工作。度下工作。l3 3，很宽的泵浦波长范围。很宽的泵浦波长范围。高功率光纤激光器内的活性包层光纤掺高功率光纤激光器内的活性包层光纤掺杂了镱稀土元素，有一个很宽且又平坦的光波吸收区杂了镱稀土元素，有一个很宽且又平坦的光波吸收区(915-980(915-980nm),因此，泵浦二极管不需任何类型的波长稳定装置。因此，泵浦二极管不需任何类型的波长稳定装置。44，高可靠性。高可靠性。多模泵浦二极管比起单模泵浦二极管来其稳定性多模泵浦二极管比起单模泵浦二极管来其稳定性要高出很多。其几何上的宽面就使得激光器的截面上的光功率密要高出很多。其几何上的宽面就使得激光器的截面上的光功率密度很低且通过活性面的电流密度亦很低。这样一来，泵浦二极管度很低且通过活性面的电流密度亦很低。这样一来，泵浦二极管其可靠运转寿命超过能其可靠运转寿命超过能1010万小时。万小时。2024/7/2933环碟型光纤激光器的泵浦环碟型光纤激光器的泵浦l日本日本Hoya大学大学lK.Uedal光纤长光纤长100Ml10W2024/7/2934锥形捆扎光纤束集成组件多模多模锥形捆扎光纤束锥形捆扎光纤束掺镱包层泵浦光纤激光器掺镱包层泵浦光纤激光器串级Raman谐振器FullyIntegratedAssemblyofTaperedFiberBundle输出输出高功率泵浦源高功率泵浦源整体集成组件整体集成组件1060nm2024/7/2935单模连续输出掺镱光纤激光器单模连续输出掺镱光纤激光器10 Watts10 Watts10 Watts10 Watts2024/7/2936单模连续输出掺镱光纤激光器单模连续输出掺镱光纤激光器l市市场场上上已已有有的的5W,10W,20W,50W以以及及100W掺掺镱镱光光纤纤激激光光器器是是为为无无需需维维修修的的OEM系系统统中中的的应应用用而而设计。设计。l二二极极管管泵泵浦浦的的光光纤纤激激光光器器发发出出一一1.07 m的的单单模模激激光光,经经带带有有外外套套的的单单模模光光纤纤光光缆缆直直接接引引至至工工作作点点上上。这这种种紧紧凑凑无无伺伺服服的的激激光光器器设设计计使使其其可可在在高高冲冲击击，高高震动和有灰尘的条件下运转震动和有灰尘的条件下运转.l环环境境相相对对湿湿度度允允许许在在90%以以上上，而而适适应应的的环环境境温温度度范围可在范围可在20C至至+70C之间。之间。2024/7/2937单模连续输出掺镱光纤激光器单模连续输出掺镱光纤激光器l该该光光纤纤激激光光器器能能够够直直接接安安置置在在微微机机械械系系统统内内，或或微微雕雕刻刻和和材材料料处处理理系系统统中中以以及及产产品品打打标标系系统统中中，无无需需安安装装后的伺服。后的伺服。l该该光光纤纤激激光光器器无无需需换换置置配配件件和和材材料料。墙墙插插电电转转换换效效率率在在20%以上以上,其外形紧凑，简便的风冷即可。其外形紧凑，简便的风冷即可。l在在结结构构上上,其其设设计计结结实实而而紧紧凑凑,集集成成化化，无无光光学学元元件件排排列的调准或维修之需列的调准或维修之需;亦无机械稳定性的问题。亦无机械稳定性的问题。l光纤传输线可达光纤传输线可达20米以上。米以上。2024/7/2938单模连续输出单模连续输出100100瓦掺镱光纤激光器瓦掺镱光纤激光器l主要特征：主要特征：ll1，光学输出功率，光学输出功率100瓦以上；瓦以上；l2，最佳光束品质，最佳光束品质M2700瓦瓦；l2，输出光束参数有最佳改善，输出光束参数有最佳改善100khrs)；l8，可记录工作输出的功率密度；可记录工作输出的功率密度；l9，具有连续和脉冲的运转方式；，具有连续和脉冲的运转方式；l10，空气冷却；，空气冷却；l11，焦点直径在焦长，焦点直径在焦长150mm的情况是为的情况是为50 m.2024/7/2943(2002,05(2002,05之前之前)世界上最大功率的光纤激光器世界上最大功率的光纤激光器l美美国国一一公公司司曾曾推推出出的的一一个个光光纤纤激激光光器器的的新新产产品品，号号称是当时世界上最大功率的光纤激光器。称是当时世界上最大功率的光纤激光器。l该该激激光光器器有有700瓦瓦的的功功率率的的输输出出，在在光光纤纤的的输输出出端端最佳的光束参数为最佳的光束参数为12mm*mrad)。2024/7/2944(2002,05(2002,05(2002,05(2002,05之前之前之前之前)世界上最大功率的光纤激光器世界上最大功率的光纤激光器世界上最大功率的光纤激光器世界上最大功率的光纤激光器l该该光光纤纤激激光光器器用用来来切切割割所所有有类类型型的的金金属属和和某某些些非非金金属属材材料料是是较较理理想想的的，在在工工作作区区提提供供一一个个较较完完美美的的光光束束质质量量和和强强大大的的功功率率密密度度。尽尽管管其其功功率率比比千千瓦瓦级级的的CO2激激光光器器低低一一些些，然然而而这这种种光光纤纤激激光光器器对对切切割割和和焊焊接接那那些些高高反反射射率率的的材材料料，例例如如：铝铝，铜铜等等金金属属材材料料是是很很适适合合的的，工工作作效效率很高。率很高。l该该光光纤纤激激光光器器亦亦具具有有很很好好的的输输出出光光束束的的质质量量，在在150mm长长焦焦深深处处，其其光光束束锥锥度度不不大大于于5度度，具有可为工作区提供高功率密度的能力。具有可为工作区提供高功率密度的能力。2024/7/2945(2002,05(2002,05(2002,05(2002,05之前之前之前之前)世界上最大功率的光纤激光器世界上最大功率的光纤激光器世界上最大功率的光纤激光器世界上最大功率的光纤激光器l该该光纤激光器的另一个大的优点是有较高的转换效光纤激光器的另一个大的优点是有较高的转换效率率(20%以上以上)并且其泵浦二极管的寿命比任何其他高并且其泵浦二极管的寿命比任何其他高功率激光器的寿命都长功率激光器的寿命都长(100khrs)。l完美的一体化设计，无须光学调准或维护；无机械完美的一体化设计，无须光学调准或维护；无机械稳定问题。稳定问题。l该激光器长期无须维修，可在各种环境条件下运转该激光器长期无须维修，可在各种环境条件下运转,抵需消耗很小的电能并具有方便的空气冷却。抵需消耗很小的电能并具有方便的空气冷却。2024/7/2946(2002,05(2002,05(2002,05(2002,05之前之前之前之前)世界上最大功率的光纤激光器世界上最大功率的光纤激光器世界上最大功率的光纤激光器世界上最大功率的光纤激光器l在在该该光光纤纤激激光光器器中中，其其内内含含有有一一个个紧紧凑凑的的能能源源供给和冷却系统的集成单元。供给和冷却系统的集成单元。l通通过过前前置置平平台台或或电电脑脑接接口口采采集集数数据据，可可监监视视到到其所有的运转参数。其所有的运转参数。l该该光光纤纤激激光光器器体体积积小小、重重量量轻轻再再加加之之其其有有灵灵活活的的单单模模光光纤纤输输出出可可以以很很容容易易地地集集成成到到工工厂厂的的精精密系统生产线上去。密系统生产线上去。2024/7/2947目前市场上目前市场上几种大功率的光纤几种大功率的光纤激光器主要参数：激光器主要参数：l工作点上的激光功率工作点上的激光功率输出光束参数输出光束参数工作点上的聚焦直径工作点上的聚焦直径#l300W0.7mm*mrad30 ml500W1.4mm*mrad50 ml700W1.4mm*mrad50,000Hoursl气冷或水冷气冷或水冷l光纤传输光纤传输Upto200ml体积体积:120*79*160cml重量重量:1,000kgl输出波长输出波长:1070nm2024/7/2955光纤激光器用于汽车加工光纤激光器用于汽车加工l12024/7/2956超紧凑型超紧凑型1 1瓦、单模光纤激光器瓦、单模光纤激光器2024/7/2957超紧凑型超紧凑型1 1瓦、单模光纤激光器瓦、单模光纤激光器l特点特点:l1,超紧凑超紧凑,尺寸：尺寸：90 x70 x15mm(3.5x3.0 x0.5in);l2,输出波长输出波长1040-1120nm;单模；单模；l3,低损耗，供电低损耗，供电3.3V,DC,10瓦以下瓦以下;l4,二极管泵浦光纤到光纤工作二极管泵浦光纤到光纤工作(DPFF);l应用范围应用范围:l1,照像复制术照像复制术(reprographics);l2,光谱学光谱学(spectroscopy);l3,成像技术成像技术(imaging)l4,晶片检测晶片检测(waferinspection)l5,航空电子学航空电子学(avionics).2024/7/2958300W TEMoo(M(M2 21.1)1.1)单模单模l100to300WOutputOpticalPowerl1070to1120nmWavelengthsRangelOver20%Wall-PlugEfficiencylTEMoo(M250,000hoursPumpLaserLifetimelMaintenanceFreeOperationlUpto200mFiberDelivery2003年年5月月22日日IPG推出推出2024/7/2959使用使用使用使用COCOCOCO2 2 2 2 激光器的激光打标机激光器的激光打标机激光器的激光打标机激光器的激光打标机50505050W W W W2024/7/2960用于切割的轴流CO2 2 2 2激光器l2000W轴流轴流CO2激光激光器器2024/7/2961使用使用使用使用Diode Pumped Nd:YAGDiode Pumped Nd:YAGDiode Pumped Nd:YAGDiode Pumped Nd:YAG激光器的激光打标机激光器的激光打标机激光器的激光打标机激光器的激光打标机50505050W W W W642024/7/2962用于熔覆的用于熔覆的COCO2 2 2 2激光器激光器2024/7/2963体积庞大的体积庞大的YAGYAG激光加工系统激光加工系统2024/7/2964光纤激光打标机光纤激光打标机57cm*54cm*34cm642024/7/2965光纤激光器打标机与光纤激光器打标机与YAGYAG激光器的激光打标机激光器的激光打标机 图片图片65光纤激光打标机光纤激光打标机是一台光纤激光器打标机，是一台光纤激光器打标机，它是为半导体器件封装和其它小的塑料装置打它是为半导体器件封装和其它小的塑料装置打标而用。标而用。该系统是使用该系统是使用10瓦的光纤激光器。扫描头和基本瓦的光纤激光器。扫描头和基本平台、系统软件包、扫描透镜和电脑平台、系统软件包、扫描透镜和电脑I/O卡等都卡等都集成在一个箱体中。集成在一个箱体中。图片图片62所示的是使用所示的是使用Diode泵浦的泵浦的Nd:YAG激光激光器的激光打标机。器的激光打标机。可以很容易地看出光纤激光器打标机系统要比可以很容易地看出光纤激光器打标机系统要比Diode泵浦的泵浦的Nd:YAG激光器的常规激光打标激光器的常规激光打标机系统轻便得多。机系统轻便得多。2024/7/2966大功率光纤激光器代替体积庞大的传大功率光纤激光器代替体积庞大的传统的激光器的可能统的激光器的可能l目目前前所所采采用用的的各各种种体体积积庞庞大大的的传传统统的的激激光光器器，例例如如前前图图所所示示的的普普遍遍使使用用的的用用于于激激光光加加工工和和激激光光打打标标的的COCO2 2和和YAGYAG激激光光器器以以及及其其它它DPSSDPSS激激光光器器，势势必必被被这这种种新新型型的的高高效效率率，长长寿寿命命，小小体体积积，大功率光纤激光器所代替。大功率光纤激光器所代替。l如如果果在在产产业业中中能能采采用用这这种种光光纤纤激激光光器器，目目前前许许多多大大型型的的激激光光打打标标，加加工工，激激光光医医疗疗设设备备就就可可以制成便携式、灵巧的系统。以制成便携式、灵巧的系统。2024/7/2967脉冲高能掺镱光纤激光器脉冲高能掺镱光纤激光器 l每个脉冲能量每个脉冲能量Upto2mJl平均输出功率平均输出功率Upto200Wl脉宽脉宽80to500nsl重复可调重复可调20to200kHzl墙插效率墙插效率Over10%l空气冷却空气冷却紧凑紧凑l输出波长：输出波长：1060nm打标、清理焊缝、显微机械加工、打标、清理焊缝、显微机械加工、精密打孔、焊接、切割精密打孔、焊接、切割2003年年8月月5日日IPG推出推出2024/7/2968光纤激光器输出波长向可见波段发展光纤激光器输出波长向可见波段发展l光纤激光器输出波长向光纤激光器输出波长向可见波段发展，目标是可见波段发展，目标是蓝、绿和近紫外。蓝、绿和近紫外。l2003年年8月月5日日IPG推出：推出：基于参铒光纤激光器的倍基于参铒光纤激光器的倍频频;l5-30W，输出波长，输出波长770-780nm，单模的光纤激光，单模的光纤激光器已于今年器已于今年7月交付用户使月交付用户使用。用。25W可见波段光纤激光器可见波段光纤激光器应用应用:微加工、医用激光、微加工、医用激光、打标、视觉艺术打标、视觉艺术2024/7/2969可见波段的光纤激光器可见波段的光纤激光器l该可见波段的光纤激光器在该可见波段的光纤激光器在770nm与与780nm间可调间可调,单模连续输出单模连续输出5-30W.l脉冲频率在脉冲频率在10-20MHz之间可调之间可调,脉宽为脉宽为2-3ns.l光束质量：光束质量：M210%下一目标下一目标:385-390nm5W2024/7/2970结束语结束语l新新型型高高功功率率的的光光纤纤激激光光器器越越来来越越引引起起激激光光技技术术研研究究人人员员和和激激光光技技术术应应用用者者的的注注意。意。l它它初初露露锋锋芒芒地地展展现现出出美美好好的的应应用用前前景景，毫无疑问，它潜在着非常广阔的市场。毫无疑问，它潜在着非常广阔的市场。l有有关关这这种种高高功功率率光光纤纤激激光光器器的的研研究究，开开发发，生生产产及及其其各各种种应应用用，无无疑疑也也将将会会迅迅速地形成一个新型的产业。速地形成一个新型的产业。2024/7/2971参考文献参考文献l1,J.Nilsson,A.B.Grudinin,andP.W.Turner,Advancedpulsedandcwhigh-power fiber lasers,invited paper,in Conference on Lasers andElectro-Optics,OSA Technical Digest(Optical Society of America,Washington,DC2000),p.598.l2,A.B.Grudinin,etal,Newgenerationofcladdingpumpedfiberlaserandamplifiers,CLEO-Eurpe,Nice,FranceP.CWA3,2000l3,S.U.Alam,J.Nilsson,J.A.Alvarez-Chavez,P.W.Turner,W.A.Clarkson,and A.B.Grudinin,Erbium-ytterbium co-doped cladding-pumped fiber laser tunable from 1533 to 1600 nm with up to 6.7 W ofoutput power?,in Advanced Solid State Lasers,OSA Technical Digest(OpticalSocietyofAmerica,Washington,DC2001),pp.224-226.l4,K.Furusawaetal.,CladdingpumpedYbdopedfiberlaserwithholeyinnerandoutercladding,Vol.9,No.13,p.714-720,20012024/7/2972参考文献参考文献5,S.U.Alam,et al,High-power cladding pumpederbium-ytterbium co-doped fiber laser,Digest inOFC-2001,LA,USA,p.Tu14,March2001l6,Radan Slavik,et al,Multiwavelength single-mode erbium doped fiber laser for FFH-OCDMAtesting,OFC-2002,LA,USA,p.WJ3.March,2002l7,D.Yung,Results and Comparision of a Claddingpumped fiber simulation using a decagon shapedfiber,OpticsExpress,Vol.11,No.7,2003,7April.l8,W.J.Wadsworth,Highpowerair-cladphotoniccrystalfiberlaserOpt.Express,11,48-53(2003)2024/7/2973Thank you!2024/7/2974