碟片激光器
2023-09-16 10:41:28
碟片激光器
1、綠色的光芒
Yb：YAG 碟片激光器的激光波長(zhǎng)是紅外的、不可見的，但是晶體在工作時(shí)會(huì)發(fā)出綠光，那么這個(gè)綠光從何而來？
這是晶體中雙重激發(fā)的雜質(zhì)引起的，當(dāng)其轉(zhuǎn)移到基態(tài)時(shí)，就會(huì)發(fā)出綠光。綠光是一個(gè)有用的附帶產(chǎn)物：這些碟片上抽運(yùn)斑發(fā)出的綠光，能夠在無需光學(xué)儀器幫助下調(diào)整激光。因此只需要確保綠色光斑盡可能刺眼，抽運(yùn)光就會(huì)處于最理想狀態(tài)。
碟片激光器的開發(fā)思路和光纖激光器的開發(fā)思路是截然相反的：它們不是用又細(xì)又長(zhǎng)的光纖代替晶體棒，而是用又薄又圓的碟片來取代晶體棒。
1999 年，通快公司在一次展會(huì)上展示了第一臺(tái)1 kW 碟片激光器，短短時(shí)間內(nèi)，其功率達(dá)到了工業(yè)應(yīng)用所需的幾千瓦級(jí)別。
如今，已經(jīng)有數(shù)千臺(tái)碟片激光器應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，證明了這種激光器設(shè)計(jì)的可靠性。標(biāo)準(zhǔn)配置的碟片激光器可以產(chǎn)生6 kW或者更高的功率。
2、設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)模式
碟片激光器的激光增益核心是很小的超薄摻鐿釔鋁石榴石制成的碟片晶體。它的直徑略小于15 mm，厚度只有0.05 mm。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(gè)反射面，可以反射激光和抽運(yùn)光。
半導(dǎo)體激光器用作抽運(yùn)光。它聚焦到幾毫米的直徑上，然后作用到碟片上。碟片太薄，以至于只能吸收抽運(yùn)光的一小部分。因此，為了提高吸收效率，需要使用一些折反鏡、后端鏡以及拋物面鏡，讓抽運(yùn)光通過碟片48 次，如圖1和圖2 ?。
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3、應(yīng)用
碟片激光器的工作模式十分靈活：它們既可以在連續(xù)模式下工作，也可以在脈沖模式下工作，這使得它們成為在宏觀加工和微觀應(yīng)用上非常引人注目的一種加工方式。如今碟片激光器成為了高功率激光器的代表，例如，汽車行業(yè)或者鈑金行業(yè)。越來越多的碟片激光器也在微加工應(yīng)用中建立了自己的先進(jìn)理念。
4、前途光明
碟片激光器結(jié)合了兩種光源的優(yōu)點(diǎn)：半導(dǎo)體激光器的高效率以及碟片激光器的高光束質(zhì)量。有專家預(yù)言，碟片激光器未來可期。
有兩種方式可以提高碟片激光器的激光功率。
一種途徑是擴(kuò)大抽運(yùn)面積，如此，碟片上就會(huì)有更多的鐿離子被激發(fā)，輻射更多的光子，激光功率就會(huì)提高。
另外一種方法是將多個(gè)腔耦合起來，那么所有碟片的功率會(huì)被耦合成一個(gè)激光束。這些單個(gè)腔不是像光纖激光器那樣并行耦合的，而是串成一排，一個(gè)挨著一個(gè)，通過一個(gè)諧振腔在光學(xué)上連接起來。這個(gè)方法可以獲得高光束質(zhì)量。
5、模塊化的激光器設(shè)計(jì)保證了最大的正常運(yùn)行時(shí)間
碟片激光器的設(shè)計(jì)將運(yùn)營(yíng)成本將至最低：長(zhǎng)壽命的被動(dòng)冷卻激光二極管能夠承受極端條件而且在整個(gè)諧振腔中不需要耗材。
但是需要維修時(shí)會(huì)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(diǎn)，激光系統(tǒng)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(shí)替換和升級(jí)，這在嚴(yán)酷的工業(yè)環(huán)境中保證了最大的正常運(yùn)行時(shí)間。
在光纖激光器概念中，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線纜。對(duì)于碟片激光器，無需對(duì)準(zhǔn)，即插即用激光光纜就可以了。
6、市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者:更好的正常運(yùn)行時(shí)間和質(zhì)量
通快公司的碟片激光器“TruDisk”配備了一個(gè)獨(dú)特的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了專業(yè)人員主動(dòng)干預(yù)的遠(yuǎn)程服務(wù)。在這個(gè)平臺(tái)內(nèi)，超過90 %的技術(shù)問題可以在不需要現(xiàn)場(chǎng)操作的情況下立即解決。
此外，閉環(huán)功率反饋控制確保碟片激光器最大程度上的加工穩(wěn)定性。實(shí)際值和參考值的偏差在幾微秒內(nèi)得以測(cè)量和校正。閉環(huán)功率反饋系統(tǒng)可以確保激光器在外界環(huán)境長(zhǎng)期影響下，安全運(yùn)行功率仍穩(wěn)定在±1%。
7、模塊化激光器設(shè)計(jì)升級(jí)
在碟片激光器較長(zhǎng)的使用期限內(nèi)，激光輸出功率的可升級(jí)性，讓其在一些特殊市場(chǎng)的應(yīng)用中具有極強(qiáng)的靈活性。事實(shí)證明，功率升級(jí)是可行的，例如如果過渡階段之后需要進(jìn)一步提高產(chǎn)量，可以不用增加一個(gè)全新的生產(chǎn)線。
8、針對(duì)背反射的穩(wěn)健性設(shè)計(jì)
碟片激光器專門針對(duì)背反射的設(shè)計(jì)，有著非常高的穩(wěn)健性和不敏感性。碟片激光器是一個(gè)所謂的“低放大諧振腔”。諧振腔內(nèi)的總激光功率，只有非常小的部分被輸出鏡解耦。因此回到諧振腔的后向反射光對(duì)整個(gè)系統(tǒng)沒有影響——這是相較于高功率光纖激光器的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。極端條件下（高功率90°角反射材料）的激光加工任務(wù)用碟片激光器可以很容易地處理，如圖3。
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