高功率激光加工中光束的转换、聚焦和整合

介绍了一种能合理利用激光器连续工作能力的三工位光路转换装置;分析了透射聚焦和反射聚焦的优缺点及其应用领域,其中反射聚焦中分析了球面镜反射聚焦和离轴抛物面反射聚焦两种形式;最后简要介绍了能量均匀分布的线形光斑和矩形光斑的整合方式。     

激光加工应用的聚焦透镜

现在，许多工业激光器用户都象挑选钻头、冲孔器或焊接电极那样来选择聚焦透镜。决定特定应用所需的透镜种类的诸多应用因素中，其中包括加工孔的尺寸、切割宽度和焊接深度。本文介绍透镜和离轴抛物面镜的有关知识和信息。透镜种类聚焦透镜有５种基本类型：即平凸、正凹凸...     

新型高功率激光加工用激光光束展宽方法的探索性研究

探索性地提出了一种基于新型扇形类抛物面聚焦镜的高功率激光加工用激光光束的展宽方法,并对该方法的实现原理和光路设计进行了研究与相关实验验证。根据几何光学原理,采用光线追迹的方法,对实际激光光束经新型光束展宽系统变换后的聚焦特性进行了分析。理论结果表明,通过光束展宽系统变换后,能够将原始圆形激光束连续扫描展宽为光强分布均匀的大尺寸(20~500 mm)弧形条状聚焦光斑。利用横流CO2激光器,对该光束展宽系统的实际光学变换特性进行了初步实验研究,实验结果与理论结果相符合。     

高功率高光束质量五折腔CO2激光焊接机的光学系统

介绍了一种高功率、高光束质量的五折腔CO2激光焊接机,主要分析了激光器的五折谐振腔、三工位光路转换器,反射聚焦的设计过程:五折谐振腔的设计,获得了2.5 kW稳定运行的低阶模激光束,发散角1.6 mrad,模式结构TEM00+TEM01,激光器功率不稳定度小于±3%;三工位光路转换器的使用,合理地利用了激光器连续工作的能力,提高了工作效率;为克服热透镜效应和球差的影响,采用金属抛物面镜反射聚焦;同时,对汽车变速箱用的20CrMnTi合金钢双联齿轮进行焊接,用金相显微镜拍照、观察,获得外观美观、深宽比大于3:1的焊缝,且焊接热影响区小,熔区致密、无缺陷,取得良好的焊接效果.     

透镜聚焦数控激光切割机聚焦光束方向研究

研究了数控激光切割机在进行金属板切割时激光束经凸透镜聚焦的聚焦光束传播方向的偏转问题。找出了当激光束中心入射线与聚焦镜(凸透镜)光轴异面时影响聚焦光束方向的几个入射物理量,并运用几何光学原理给出了聚焦光束方向与它们之间的关系式,同时提出了一个调节聚焦光束方向并使聚焦光束垂直于待切割板材板面的方法。切割实验表明,在一定的调节范围内,采用此方法可以方便地调整聚焦光束方向。这一方法也适用于其他采用透镜聚焦的激光加工设备,并为此类设备的聚焦光束方向调节设计提供了一个新的选择和依据。     

激光划切机的光束传递系统设计

针对LTCC激光划切机的光束传递系统,介绍了355 nm固体激光的扩束、聚焦原理、系统装调与精密调焦方法.该方法适用于激光加工设备的激光光束传递系统搭建,简单实用.     

高功率激光的聚焦性能对焊接质量的影响

分析了光束质量、球差对聚焦特性的影响,并利用横流CO2激光器及其加工系统实验研究了平-凸透射聚焦镜、抛物面反射聚焦镜对焊接质量的影响规律.结果表明,平-凸透射聚焦镜的正球差使焦点远离聚焦镜,负球差使焦点向聚焦镜靠拢,适当的球差可提高焦点光强;当入射光束无偏移时,抛物面聚焦镜比平-凸聚焦镜的焊接熔深大15%,入射光束偏移增加到0.6mm时,抛物面聚焦镜的焊接熔深迅速下降到低于平-凸透射聚焦镜.     

高功率激光器的光束质量及其对激光加工的影响

本文介绍了光束的模式、评价光束质量的几种方法,着重介绍了国际标准化组织(ISO)提出的光束传输系数M作为评价光束质量的方法。文中还讨论了光束质量对焊接、切割加工的影响;热透镜效应对加工的影响等。     

激光淬火过程中的激光束模式分析

光束质量及功率稳定性在激光热处理中起着至关重要的作用.本文检测了在激光淬火过程中连续CO2激光束能量的空间分布变化情况,分析了激光模式对激光淬火硬化层均匀性的影响.在激光耦合输出端附近的光轴上安置基于焦热电相机的新型在线激光束分析仪实时监测高功率激光束模式.结果表明,由于激光能量密度空间分布的不均匀,导致激光功率密度高的一端所形成的硬化层更深;此外在特定功率下,激光模式、激光能量平均值和标准偏差都比较稳定,因此沿激光扫描方向的硬化带层深较为均匀.     

摆动反射镜实现高功率激光束的平滑化

为了获得均匀化、平顶的高功率激光束，设计了一种以平面镜为输出镜、凹面镜为全反镜的新型谐振腔结构，由于凹面镜的周期摆动使得输出光束强度分布得到一个时间上的均匀化，得到近似的“平顶”高斯型。建立了理论模型，并对该整形方式进行理论分析与数值模拟。理论计算和实验结果都表明．采用这种新型的整形方式，CO2激光器输出光束光强的空间分布得到了明显的均匀化。此方法避免了传统高功率激光光束整形的弊端，提高了系统的可靠性，简化了结构设计。     

大功率光纤激光器相干组束的研究

随着光纤激光器的激光输出功率及光束质量的不断提高,大功率光纤激光器的应用领域不断拓展.组束技术是提高光纤激光器输出功率的有效方法.分析了非相干组束和相干组束的理论,并进行数值仿真.综述相干组束技术的最新发展,对光纤激光器相干组束的研究具有参考价值.     

基于动态分布的高功率激光器光束指向稳定性分析

将光束动态分布的概率分析加入到传统稳定性设计过程之中,提出了一种基于动态分布的光束稳定性分析方法,并以大型激光驱动器中的空间滤波器为分析对象,讨论了在不改变光学参数的基础上,如何利用该方法对滤波器的结构特性进行优化。结果表明,该方法能够对元件间的相对参数值提出要求,有别于传统方法仅着眼于提升单个元件的稳定性的设计思路。与传统方法共同运用,同时对光束的动态范围和分布类型进行优化,能够进一步改善系统的稳定性,为装置运行提供稳定可靠的基础平台。     

980 nm高功率VCSEL的光束质量

利用CCD成像技术,设计出一种简单的测量垂直腔面发射激光器(VCSEL)的光束质量因子M2的方法。在注入电流分别为900mA,1500mA,3000mA和6000mA时,对出光孔径300μm,激射波长为980nm的垂直腔底面发射激光器的束腰等光束参数进行了测量,并应用激光光束传播的高斯方程拟合求得了M2因子的值分别为66,58,44和53。另外,当注入电流为900mA和3000mA时,对器件的远场分布进行了分析并测得了器件的远场发散角,测量值与理论计算值吻合较好。     

大功率激光二极管阵列光束整形技术综述

大功率激光二极管阵列相对于其他同等功率水平的传统激光器有很多突出的优点,但由于其输出光束质量差,影响了它的直接应用,因此大功率激光二极管阵列的光束整形技术成了人们关注的一个热点问题,该文介绍了光束整形的原理并对近年来商业中常用的光束整形技术进行了分析评估.     

大功率半导体激光束变发散角整形系统设计方法

在研究了大功率半导体激光器(HPLD)光束特性的基础上,提出了实现大功率半导体激光束变发散角的设计方法。针对线源像散激光光源设计了由两个垂直放置的平凸柱透镜组成的可变激光束发散角的整形系统。在满足光束发散角要求的前提下,通过离焦使其出射光束的发散角在一定范围内连续改变。建立了两个柱透镜移动量与光束发散角关系的数学模型。利用商用光学软件对整形系统进行了模拟,结果表明,光束发散角被压缩在一定范围内连续改变,从而可实现对不同范围物体照明。     

高功率激光驱动器靶定位瞄准单元技术研究进展

靶定位瞄准单元是高功率激光驱动器的核心单元之一,承担靶位姿调整和激光瞄准等功能。结合装置定位瞄准精度要求以及物理方案的实施,通过光机电设计和调试可以实现靶定位瞄准单元的基本功能,满足高功率激光驱动器开展物理实验的要求。然而随着主激光路数的不断增多,多束激光的快速瞄准和高精度定位已成为发展靶定位瞄准单元的目标。综述了国内外高功率激光驱动器靶定位瞄准单元的研究现状,探讨了靶定位瞄准设计的普适性方法,并分析了靶定位瞄准单元发展过程中面临的主要问题。     

大功率激光光束聚焦光斑功率密度分布直接测量仪的研究

针对激光加工大功率激光功率密度分布测量的要求 ,采用空心探针扫描采样测量法 ,提出并建立了被测激光经探针小孔、探针内通道传输的数学物理模型 ,经计算 ,给出了包括探针微孔孔径、探针内通道尺寸、系统采样点数等系统参数 ,设计了新的测量系统 ,实现了对大功率激光光束、聚焦光斑功率密度分布的直接测量 ,测量结果与理论计算相吻合。测量仪能对CO2 激光和YAG激光进行直接测量 ,测量的功率大于 10kW ,功率密度大于 10 7W /cm2 ,测量激光光束的最大直径为 6 0mm ,激光聚焦光斑的直径小于 0 5mm。