浅谈碟片激光器的原理与优势 -行业资讯

碟片激光器是二极管泵浦固体激光器，在20世纪90年代初期由Adolf Giesen在斯图加特大学**将其证明。薄碟片中的增益介质是晶体，通常是Yb:YAG。Nd:YAG和用于宽波长调谐的掺镱增益介质。

碟片激光器(Disk Laser)，又称圆盘激光器，它与传统的固体激光器的本质区别在于激光工作物质的形状。将传统的固体激光器的棒状晶体改为碟片晶体，这一创新理念将固体激光器推向了一个新时代。碟片激光器以其**的光束质量和转换效率在高端激光焊接系统：钢铁、汽车、船舶、航空世纪城具有广泛的应用，市场潜力巨大。

碟片激光器（Disk Laser）设计理念的提出，**地解决了固体激光器的热效应问题，实现了固体激光器高平均功率、高峰值功率、**率、高光束质量的**结合。碟片激光器在汽车、船舶、铁路、航空、能源等领域成为不可替代的新型加工用激光光源，目前全球仅有德国Trumpf公司具有生产高功率碟片激光器的技术，**功率达到16千瓦，光束质量达到8毫米毫弧度，实现了机械手的激光远程焊接和大幅面激光高速切割，为固体激光在高功率激光加工领域开辟了广阔的应用市场。

碟片激光器的优势

1、模块式结构

碟片激光器采用模块式结构，各模块均可现场快速更换。冷却系统和导光系统与激光源集成在一起，结构紧凑，占地面积小，安装调试快。

2、极好的光束质量，并且标准化

通快所有超过2kW的碟片激光器，光束参数积（BPP）均被标准化8mm/mrad。激光器不随运行模式的变化而变化，且与通快所有光学元件兼容。

3、由于碟片激光器内的光斑尺寸较大，因此各光学元件上承受的光功率密度较小。

光学元件镀层的损坏阈值通常约为500MW/cm2，石英的损坏阈值为2--3GW/cm2.通快碟片激光器谐振腔内的功率密度通常小于0.5MW/cm2，耦合光纤上的功率密度小于30MW/cm2.如此低的功率密度不会造成光学元件的损坏，也不会产生非线性效应，从而确保了运行的可靠性。

4、采用激光功率实时反馈控制系统。

实时反馈控制系统可使到达加T件上的功率保持稳定，加工结果具有极好的可重复性。碟片激光器预热时间几乎为零，可调功率范围1%--**。由于碟片激光器彻底解决了热透镜效应的问题因此在整个功率范围内激光功率、光斑大小、光束发散角都是稳定的，光束的波前不发生畸变。

5、光纤可在激光器继续运行的状态下即插即用

在某一光纤出故障的情况下，更换该光纤时，只需关闭该光纤的光路，不必关机，其它光纤可继续输出激光。光纤更换操作简单，即插即用，无需任何工具，也无需对准调校。街口处具有防尘装置，严密防止灰尘光纤连接进入光学元件区域。

6、安全可靠

加工过程中，即使被加工的材料发射率很大，以致有激光回射到激光器内，对于激光器本身以及加工效果均无影响，也对材料加工、光纤长度无任何限制。激光操作安全性获德国安全证书。

7、抽运二极管模块更简单迅速

安装在抽运模块上的二极管阵列也是模块结构。二极管阵列模块具有很长的使用寿命，其保修期为3年或2万小时。无论是有计划的更换，还是因突发故障需要立即更换都无需停机。在某一个模块出故障时，控制系统会报警并自动适当提高其它模块的电流以保持激光输出功率恒定，用户还可以继续工作十几甚至几十个小时。生产现场更换抽运二极管模块非常简单，操作人员无需培训。

激励(泵浦)系统　是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。
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几种常见激光器及其用途介绍如下：

Nd：YAG激光器，1064nm，固体激光器，连续激光器的**输出功率1000W，可用于激光切割金属。

Ho：YAG，固体激光器，可产生对人眼安全的2097nm和2091nm激光，适用于雷达和医学应用。

He-Ne激光器，632.8nm，气体激光器，功率为几mW，用于准直，定位，全息照相等。

CO2激光器，气体激光器，输出波长10.6um，广泛用于激光加工，医疗，大气通信及其他军事应用。

N2分子激光器，气体激光器，输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉宽小于10ns，重复频率为数十至数千赫，作可调谐燃料激光器的泵浦源，也可用于荧光分析，检测污染等方面。

实现激光波长调谐的原理大致有三种。大多数可调谐激光器都使用具有宽的荧光谱线的工作物质。构成激光器的谐振腔只在很窄的波长范围内才有很低的损耗。因此，**种是通过某些元件（如光栅）改变谐振腔低损耗区所对应的波长来改变激光的波长。第二种是通过改变某些外界参数（如磁场、温度等）使激光跃迁的能级移动。第三种是利用非线性效应实现波长的变换和调谐（见非线性光学、受激喇曼散射、光二倍频，光参量振荡）。属于**种调谐方式的典型激光器有染料激光器、金绿宝石激光器、色心激光器、可调谐高压气体激光器和可调谐准分子激光器。

可调谐激光器从实现技术上看主要分为：电流控制技术、温度控制技术和机械控制技术等类型。

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