激光的基本知识培训课件

激光原理复习知识点一 名词解释1. 损耗系数及振荡条件:0)(m ≥-=ααS o I g I ,即α≥o g 。

α为包括放大器损耗和谐振腔损耗在内的平均损耗系数。

2. 线型函数：引入谱线的线型函数p v p v v )(),(g 0~=，线型函数的单位是S ，括号中的0v 表示线型函数的中心频率，且有⎰+∞∞-=1),(g 0~v v ，并在0v 加减2v ∆时下降至最大值的一半。

按上式定义的v ∆称为谱线宽度。

3. 多普勒加宽:多普勒加宽是由于做热运动的发光原子所发出的辐射的多普勒频移所引起的加宽。

4. 纵模竞争效应：在均匀加宽激光器中，几个满足阈值条件的纵模在震荡过程中互相竞争，结果总是靠近中心频率0v 的一个纵模得胜，形成稳定振荡，其他纵模都被抑制而熄灭的现象。

5. 谐振腔的Q 值:无论是LC 振荡回路，还是光频谐振腔，都采用品质因数Q 值来标识腔的特性。

定义p v P w Q ξπξ2==。

ξ为储存在腔内的总能量，p 为单位时间内损耗的总能量。

v 为腔内电磁场的振荡频率。

6. 兰姆凹陷：单模输出功率P 与单模频率q v 的关系曲线，在单模频率等于0的时候有一凹陷，称作兰姆凹陷。

7. 锁模：一般非均匀加宽激光器如果不采取特殊的选模措施，总是得到多纵模输出，并且由于空间烧孔效应，均匀加宽激光器的输出也往往具有多个纵模，但如果使各个振荡的纵模模式的频率间隔保持一定，并具有确定的相位关系，则激光器输出的是一列时间间隔一定的超短脉冲。

这种使激光器获得更窄得脉冲技术称为锁模。

8. 光波模：在自由空间具有任意波矢K 的单色平面波都可以存在，但在一个有边界条件限制的空间V 内，只能存在一系列独立的具有特定波矢k 的平面单色驻波;这种能够存在腔内的驻波成为光波模。

9. 注入锁定：用一束弱的性能优良的激光注入一自由运转的激光器中，控制一个强激光器输出光束的光谱特性及空间特性的锁定现象。

（分为连续激光器的注入锁定和脉冲激光器的注入锁定）。

何谓激光焊接？首先“激光”是取英文的“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（通过受激释放辐射光扩大）”的含义的术语的开头字母而得到的造词。

激光焊接是将作为人造光的激光进行聚光并照射对象物、使金属局部熔融和凝固来接合金属的加工方法。

在钣金加工领域引入激光焊接的情况下，相比于以往加工方法的电弧焊，具有容易抑制热变形、容易管理焊接条件、焊道不明显等优点。

激光焊接的原理激光焊接中，使用激光振荡器产生成为热源的激光，并将其扩大，使用光纤进行传输，首先将光输送至工件附近。

在该阶段需要激光加工头。

激光加工头的内部设置有透镜，将传输来的激光聚光为适合加工的状态。

通过借助透镜对光进行聚光，能够使光能集中于较小的面积，从而能够获得熔化金属的较高能量。

为了防止熔融金属的氧化，通常会一边吹送氩气、氮气等保护气体一边焊接。

激光焊接的种类YAG激光焊接YAG是名为钇铝柘榴石（Yttrium Aluminum Garnet）的晶体，YAG激光器是向YAG晶体照射强光来产生激光。

YAG激光具有金属易于吸收的1064nm的波长，因此能以较少的能量熔融金属，这一点适合激光焊接。

另一方面，为了产生激光，需要使闪光灯闪烁，且因为发热多而需要使用制冷器对振荡器至焊炬进行冷却，因此耗电量大，与所使用的电力相比，用于加工的能量较少，故而也存在焊不透的情况。

冷却水、灯等易耗品的维护成本负担也较大，这也可以说是使用上的一大缺点。

光纤激光焊接光纤激光是使用光纤对所生成的励起光进行扩大和传输的激光，具有金属易吸收的1070nm的波长。

在众多激光中，能量密度特别高，具有容易将光束聚集的特点，对金属能够实现深熔是其一大优点。

与YAG激光相比，具有深熔、运行成本低、几乎没有调整和维护的麻烦和成本等诸多优点，近年来正在加速普及。

虽然光纤激光具有高功率、高效率的特点，但在钣金的手焊中，如果功率过高，会对作业者造成危险，因此制作产品时通常将功率限制在1kW左右。

激光器培训教程-1激光器是当今世界上最重要的科技发明之一，在许多领域发挥着至关重要的作用。

而对于需要使用激光器的工程师和科研人员来说，掌握相关知识和技能是必不可少的。

因此，各大企业和机构都在为激光器的培训和教育做出了很大的努力，例如，提供了许多激光器培训教程。

本篇文档将着重介绍激光器培训教程一级中的主要内容，如激光器基础知识、激光器种类、激光输出特性、激光系统组成和应用等。

相信这些知识对于想要了解激光器的人士一定会有很大的帮助。

一、激光器基础知识激光器是如何产生激光的呢？首先需要了解光的物理性质，特别是能量和波长。

只有当光的能量高到一定程度时，才能够被激励而产生激光。

另外，激光器的工作原理也包括大量的物理学知识，例如激光介质的方程、等离子体效应等。

通过学习这些基础知识，可以深入理解激光器的工作原理和优缺点，为后续的实际应用做好准备。

二、激光器种类激光器种类非常多，这里主要介绍几种常见的激光器。

（1）气体激光器气体激光器使用气体作为激发介质，最常见的气体激光器有CO2激光器、氩氖激光器、氦氖激光器等。

CO2激光器是应用最广泛的激光器之一，主要用于激光切割、激光打标、激光钻孔、激光焊接等领域。

（2）固体激光器固体激光器使用一个固体材料作为激发介质，最常见的固体激光器是Nd:YAG激光器，它可以较高功率地输出激光，适用于激光切割、激光打标、激光雕刻等领域。

（3）半导体激光器半导体激光器通常使用半导体材料作为激发介质，它具有小尺寸、高效率、长寿命等优点，用于通信、光存储、光耦合、光纤传感器等领域。

三、激光输出特性激光器的输出特性是指激光器输出光束的强度、方向、极化、频率等方面特征。

在进行激光器应用时，需要对其输出特性进行严格的控制和调节。

例如，对于激光切割，需要高能量密度和合适的光束大小；对于激光打标，需要高精度控制和稳定的频率等。

四、激光系统组成激光系统通常由激发源、反射器、放大器、光学器件、控制模块等组成。

功率密度：单位面积上在单位时间内接收的能量. 零焦位置：焦点处于切割板材上表面时的位置. 正/负焦：高于零焦为正焦、低于零焦为负焦.「 频 率：单位时间内脉冲周期的个数.一1占空比：单位脉冲周期内，出光时间（t ）占总脉冲周期U 时间（T ）的比值.I气 流量：气体在切割缝中单位时间内通过的气体量.过 烧：功率密度过大引起热量在小范围内积聚过多造成的过熔现象. 爆孔：在穿孔过程中，由于温度过高造成液态材料大量喷溅的现象.一激光功率影响切割工艺的要素>A OK >NG一、激光 二、速度 三、镜片 四、焦点 五、随动 六、气体 七、喷嘴 八、材料影晌切割工艺的因素名词解释∖A^IHONG缗宏般俗激光功率的大小决定以下几点: 一、最大切割速度 二、最大切割厚度 三、切割面效果不同激光功率对应相同切割效果时厚度的差别过烧现象 爆孔现象一、切割速度合适时L 火花基本竖直并向前进的反向略倾斜。

2.切割效果好. 二、切割速度过快时L 火花向前进的反向倾斜角度较大. 2 .无法切透，火花在板材上方喷溅.3 .有些区域可以切透，但有些区域无法切透.4 .整个断面较粗糙。

5 .切割断面呈斜条纹路且下部分产生熔演. 三、切割速度过慢时1 .火花向前进方向倾斜。

2 .造成过融现象，切割断面粗糙。

3 .割缝变宽，尖角部分整个融化.二切割速度^lHONG雄宏般饰二切割速度 切割搓度过快SL-O30AG 切割8ιm 碳钢B*Λd ∣≡r∙ur c 3切割速度过慢 SL （MoA 切割8M 理钢切割速度合适 （SL-OGoA 切割80■碳钢）镜片关键参数：一、焦距,国响喷嘴的选择二、焦点深度膨响切割面能量分布三、光斑直径膨响切缝宽度短焦距选优与箕焦距透镜加工参数要交M HONG用短焦距透镜进行的切割短焦：薄板速度快厚板割缝宽厚板锥度大、效果差125焦距150焦距用长焦距透镜进行的切割长焦：薄板速度慢厚板割缝窄Jy板锥度小、喳好PZ Il 强,%赛♦°：比理直径A；微光金的波长 /：通镇的焦距φ-人射于号《1的龙京区径三镜片吸收率MHoNG 雄宏股份影响镜片吸收率：一、镜片本体材质二、镜片镀膜种类及工艺三、揽片洁净程度吸收率低选使双收率高透镜的聚光转性的聚光转性保护使片脏污导致切割异常四焦点>A^IHONG雄宏股憎Z=O （零焦）用于IMM式以下厚度板材的精密切割Z>0 （正焦）用于碳钢和不锈钢的氧气切割Z<0 （负焦）用于碳钢和木锈钢的氮气、空气切割焦点位置特点Λ Hl切通・窄.可透行*H*tiT•需要K粕城度的加Γ1•JH我面虔要求高的■工；•AaiDTi•鬟*少嫣影响区的加工；• MttfiO E(2) ZX)切筑卜方交宽.可改善气体的流■!（）<«化物的波动性,厚板的CW.高发小脉冲MXi(3)Z<0切・上方文火• 4改善气体的瘫”和饵化物的流动性•IB材的空气旬网；•第材的气'1切剂；•不情制的43切北；•小侨例的气气切割；•德锌IH板的空'（切网■1焦点过彳氐时：一、下部能量不足，氧化不足，纹路较粗，有时会有锯齿状纹路. 二、切缝过小，工件不易掉落.焦点过高时：一、整体能量不足，切割面完全靠氧化反应的热量形成，纹路较粗,下部纹路倾斜严重. 二、切缝过大，下部能量不足，气体流量不足，形成熔渣.焦点过低四激光切割的实际过程碳钢切割工艺的实质是调节碳钢汽化、反应、传热 的过程碳钢含C ■较高，化学性质活泼.碳钢工艺三要素:焦点、速度、压力. 正焦、低速、低压氧・ 不锈钢（含Cr 量大于25% ）化学性质 稳定（懒情）・ 不锈钢/有色金属（桐铝）无工艺（氨气压力 越大越好）・ 空气（70%氮气）切割的焦点及压力 调节方式与题气相近.・ 空气含氧，切面会略微发黑. ・ 镀锌板可以用氮气/氧气切割. ・ 负焦、高速、高压氮四焦点位置变化对碳钢切割的影响>λ≡IHONG焦点过高四焦点位置变化对不锈钢切割的影响∖A∕EMONG嘘宏股仍二、 三、 焦点过高（负焦不足、离焦量过小）切缝过小、挂渣为尖状渣、挂遭难去除、切割面锥度小、工件不易取出. 焦点适中（负焦适中、离焦量适中）切缝适中、无挂渣、切割面锥度适中、工件易取出.焦点过低（负焦过大、离焦量过大）切缝过大、挂遭为球状浮覆、挂灌易去除、切割面锥度大、工件易取出.NW-IM・九/卜 ^∙A(2≡一切・川《卜g1M 或，停∙4fnt∙mn*vt 正•工作.«*>K6Ptt 力RVBarwti.修■不足长（b ）无熔港（O 球状熔遣四准直调焦和聚焦调焦的差别聚焦点但置Omm准直镜>mm+ IOr )喳SL-030AG-T第・金”温度昌. ・■♦长（a ）尖锐熔泄Wβ∙<*>3调聚焦款SL-O60A （旧款）的焦点依靠的是调节聚焦镜的位置来调节焦点位置, 其焦点调节范围为T5mm~ + 10mm.电机移动和焦点变化的关系是线性的，且电机移动距同：焦点移动距阍=1：1. 在调焦的过程中，聚焦光束的发散角几乎不变.SL-OIOA五随动随动影响要素： 一、焦点实际位置 二、切割缝内气压 三、切割缱内气流量随动不稳定会造成多种切割条件 不稳定，切割质量自然波动很大， 效果不好.六气体气体的要求：一、无论氧" SI 气，『体纯度需达到99.5%以上，不纯的气体会对切割效果影响巨大.（普通液氮99.7% ）二、如使用空气，需加装冷冻式干燥机以及三级过海装置,以确保气路里的油和水在到达切割头之前被清除，否则对 鼾镜片的损害较大.Ξ.氧气使用压力T9P < LOMPa.氮FQ 空气的使用压力TSI ≤P≤ 2MPa. （ 6KW 以上现已用到近3 M Pa 压力）调准直款SL-O60A （新款）的焦点依靠调节准直镜的位置来调节焦点，其焦点的调节范 围为-3Omm~+20mm.电机移动和焦点变化的关系不再是线性的，电机移动距离：焦点移动距离=1 ： -4.在调焦的过程中，聚焦光束的发散角度变化：调负焦时，发散角稍微变小；调正焦时， 后部自造御方土曾切激光切割头 射叛线引起切割异常七喷嘴选择喷嘴的选择：一、氧气切割一般用双层喷嘴. 二、氮气和空气切割一般用单层喷嘴. 三、板材厚度越大，使用的喷嘴孑宙越大. 四、喷嘴孔径越大，切割缝越大.七喷嘴使用喷嘴膨响切割效果的原因，即为 激光束周围的气流和气压不一致 造成的.一、激光未对中，即激光不是从 喷嘴中心射出.二、喷嘴挂渣，膨响气流方向， 造成气流不一致.三、喷嘴变形，影响气流方向， 造成-≡气流不一致.七喷嘴对中在喷嘴的出口将透明胶带粘贴在喷嘴出口端面上.如图所示：I 白色不干胶带以点射方式击穿透明胶带，观察击穿孑屿喷嘴孔的 位置关系来调整两端的精密螺钉，直至调至中心处.期八M偏离中心(熔渣粘着(a)单喷切割(b)双喷切割(c)喷口变形光路不对中切割效果从红光的观测分析，即可得知镜片是否污染/喷嘴是否被堵/喷嘴是否缺损/喷嘴是否挡光.对中调光标志及原理八板材锈蚀对切割效果的影生铁碳钢板材生锈板材切割效果正常红光生锈材料的切割无生锈材料的切割穿孔工艺直接穿孔：应用于薄板的穿孔.短时间、高功率、低频率瞬时穿孔.渐进穿孔：应用于中厚板的穿孔.功率、频率不应过大，否则会出现爆孔；时间不能过短，否则会穿不透.三级穿孔：应用于厚板的穿孔.一级使用大功率，短时间，迸行穿刺，在板材上击出小的凹槽，降低板材厚度，扩大氧气进入板材的入气口；二级使用较高功率J氐频率，加长穿刺时间，加大穿刺力度进行穿孔；三级在较低位置使用小功率，长时间，小气压，稳定穿刺至板材打穿.注：使用穿孔时，为了延长保护镜片寿命需在全局参数设置穿孔气体延时，具体如图：穿孔过颗α⅞爆孔：在穿孔过程中，由于温度MHONG 过高造成的液态材料大量喷溅的现象.右图可见，当熔融材料在内部堆积过多，目开始产生汽化时，汽化的熔融材料因为体积的膨胀，将培融的材料喷溅出来.引线工艺切割实例分析进给方向向左，下摆纹路略微向右倾斜，底部无挂渣； 上部纹路略粗于中部纹路；中下部纹路较平整，底部无明显挂渣。