綠色的光芒‖Yb:YAG碟片激光器的晶體在工作時發(fā)出綠光,即使激光的波長是紅外的、不可見的。那么這個綠光從何而來?這是晶體中雙重激發(fā)的雜質引起的。當轉移到基態(tài)時,會發(fā)出綠光。綠光是一個有用的附帶產物:由于碟片上的泵浦斑發(fā)出了綠光,所以在無需光學儀器的幫助下就可以調整激光。需要做的就是確保綠色的光斑盡可能的刺眼。當完成了這個,你就會發(fā)現泵浦光已經被設置為最理想的狀態(tài)。
碟片激光器的研發(fā)者和光纖激光器的研發(fā)者走的是相反方向:他們不是用又細又長的光纖代替晶體棒,而是用又薄又圓的碟片來代替晶體棒。1999年,通快公司在貿易展上展示了第一臺1000W碟片激光器。很短時間內,它們的功率達到了工業(yè)應用所需的幾千瓦級別。
設計和運轉模式‖碟片激光器的激光增益核心是很小的超薄的摻鐿釔鋁石榴石制成的晶體碟片。它的直徑略小于15mm,厚度只有20mm。碟片放置在能夠散熱、冷卻碟片的熱沉上。冷卻的碟片后端有一個反射面,可以反射激光和泵浦光。
設計很簡單‖半導體激光器用作泵浦光。它聚焦到幾毫米的直徑上,然后作用到碟片上。碟片太小,以至于只能吸收泵浦光的一小部分。因此,為了提高吸收效率,使用一些折返鏡、后端鏡以及拋物面鏡,讓泵浦光共同通過碟片48次。
應用‖至于工作模式,碟片激光器是很靈活的:它們既可以工作在連續(xù)模式,也可以工作在脈沖模式,這使得它們成為一種大范圍內在宏觀加工和微觀應用上非常引人注目的一種加工方式。如今碟片激光器成了高功率激光器的代表,例如,汽車行業(yè)或鈑金行業(yè)。越來越多的碟片激光器也在微加工應用中建立了自己的先進理念。
前途光明‖碟片激光器結合了兩種光源的優(yōu)點:半導體激光器的高功率以及激光器的高光束質量。這就是專家預言碟片激光器會有一個美好未來的原因。
有兩種途徑可以提高激光功率,碟片激光器就這樣來完成設計的。一種途徑是擴大泵浦面積。這樣碟片上就會有更多的鐿離子被激發(fā),激光功率就提高了。
另一種方法是將多個腔耦合起來,那么所有的碟片的功率會耦合成一個激光束。這些單個的腔不是像光纖激光器那樣并行耦合的,而是串成一排,一個挨著一個,通過一個諧振腔在光學上連接起來。而且這個方法保留了搞的光束質量。
模塊化的激光器設計保證了最大的正常運行時間‖碟片激光器以運營成本最低的方案設計:長壽命的被動冷卻激光二極管能夠承受極端條件,而且在整個諧振腔中不需要耗材。但是需要維修時會發(fā)生什么呢?同光纖激光器相比,碟片激光器是模塊化的。由于不需要拼接點,激光系統所有的部件(光束發(fā)生器,光束管理、控制和冷卻裝置)可以隨時替換和升級。這在嚴酷的工業(yè)環(huán)境中保證了最大的正常運行時間。在光纖激光器的概念中,需要使用所謂的光纖-光纖耦合器,用來更換光纖或至少是從其他冗余激光器中交換激光電纜。對于碟片激光器,卻無需任何對準,即插即用激光電纜就可以了。
市場領導者:更好的正常運行時間和質量‖通快公司的碟片激光器“TruDisk”配備了獨特的控制系統,實現了專業(yè)人員主動干預的遠程服務。在這個平臺內,超過90%的技術詢問可以在不需要現場操作的情況下立即解決。
此外,由于閉環(huán)功率反饋控制,碟片激光器保證了最大程度上的加工穩(wěn)定性。實際值和參考值的偏差在幾微秒內得以測量和校正。±1%的功率穩(wěn)定性使得在不改變環(huán)境條件或多年來的長期效應下,激光器能安全運行。
模塊化激光器設計允許了升級‖激光輸出功率的可升級性,在碟片激光器長的壽命內,帶來了獨特的應對市場需求的靈活性。功率升級是可行的,例如如果過渡階段之后需要進一步提高質量,可以不用增加全新的生產線。
針對后向反射的穩(wěn)健性‖碟片激光器的設計針對后向反射,帶來了非常高的穩(wěn)健性和不敏感性。碟片激光器是一個所謂的“低放大諧振腔”。諧振腔內的總激光功率,只有非常小的部分通過輸出鏡解除耦合。因此回到諧振腔的后向反射光對整個系統沒有影響——這是相較于高功率光纖激光器的而一個優(yōu)勢。極端條件下(高功率90度角高反射材料)的激光加工任務用碟片激光器可以很容易地處理。
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