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，介紹了如何通過使用反射光路來減少熱焦點偏移；通過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)量的改進將如何以一種創(chuàng)造性的方法來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程焊接。

 

　　控制熱焦點偏移

 

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

 

　　在穿透式鏡片里，激光光束穿過光學(xué)材料，大約2%的能量會被疏松物質(zhì)和鏡片表面吸收，即便是潔凈且精心設(shè)計的鏡片也不例外。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，因為材料在熱消除特性方面不是特別易于傳導(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。

 

　　對于大功率高負載率激光焊接應(yīng)用來說，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，使可見光傳輸至位于后面的相機。這讓保護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)配置的對比結(jié)果。在圖中可以看到，熱焦點偏移顯著減少，特別是在與零度角（直線型）穿透式配置相比時，大功率級別減少了75%的熱焦點偏移。

 

　　雙芯光纖

 

　　對于許多焊接應(yīng)用來說，期望的光束質(zhì)量是平頂形的光束波形，并使用相對大的光斑尺寸來傳輸中等質(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進行加工，從而能在功率級別很大時繼續(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、高度和焦點偏移稍有變化。要想達到這一目的，通常必須使用兩根獨立的光纖。