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光纖激光切割機的激光器基本構成
點擊次數:1130 更新時間:2021-09-08

 

一個(ge)常規的光(guang)纖激光(guang)切割機激光(guang)器包括三部分:工作物質,泵浦源和光(guang)學諧振腔(qiang)。

 

1. 工(gong)作(zuo)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)工(gong)作(zuo)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)是(shi)(shi)產生激(ji)光的物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)基礎,是(shi)(shi)激(ji)光器的核(he)心部分(fen),是(shi)(shi)用來實現粒子數反轉并產生受激(ji)輻射的物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)體(ti)系.工(gong)作(zuo)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)的分(fen)類方式通常有兩種:一種是(shi)(shi)根(gen)據(ju)工(gong)作(zuo)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)的存在形態分(fen)類,工(gong)作(zuo)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)可(ke)(ke)以(yi)分(fen)為(wei)氣體(ti)、固(gu)體(ti)、液體(ti)及半導體(ti)等;另(ling)一種是(shi)(shi)根(gen)據(ju)速率方程(cheng)理論分(fen)析產生激(ji)光的過程(cheng)所(suo)適用的能(neng)級結構,可(ke)(ke)以(yi)分(fen)為(wei)三能(neng)級系統、四能(neng)級系統等。

 

 

 

在氣(qi)體(ti)(ti)激光器(qi)中產(chan)(chan)生光纖(xian)激光切割機激光的粒子為氣(qi)體(ti)(ti)分子或(huo)原子,在固(gu)體(ti)(ti)激光器(qi)中,摻有少量過渡金屬(shu)離(li)子或(huo)稀土離(li)子的晶體(ti)(ti)或(huo)玻璃為工作(zuo)物質(zhi),摻雜離(li)子為工作(zuo)粒子,經外界(jie)能量泵浦產(chan)(chan)生粒子數反(fan)轉(zhuan)后可產(chan)(chan)生受激輻射(she),晶體(ti)(ti)和玻璃為基質(zhi)材料。

 

液(ye)體激光(guang)器(qi)其工(gong)作(zuo)物質的(de)存在(zai)形態為(wei)(wei)液(ye)體,常見的(de)有染(ran)(ran)料激光(guang)器(qi),其工(gong)作(zuo)物質為(wei)(wei)染(ran)(ran)料溶(rong)(rong)解于溶(rong)(rong)劑中組成的(de)溶(rong)(rong)液(ye),染(ran)(ran)料分子(zi)(zi)為(wei)(wei)工(gong)作(zuo)粒子(zi)(zi),溶(rong)(rong)劑相當于基(ji)質。半(ban)導體激光(guang)器(qi)的(de)工(gong)作(zuo)物質為(wei)(wei)半(ban)導體,雖然(ran)半(ban)導體為(wei)(wei)固體,但是由(you)于半(ban)導體激光(guang)器(qi)粒子(zi)(zi)數反(fan)轉的(de)形成機理與(yu)普通固體激光(guang)器(qi)有本質的(de)不(bu)同(tong),所以一般不(bu)將(jiang)二者歸為(wei)(wei)一類(lei)。

 

 

 

2. 泵浦源是為(wei)實現粒子數反轉提(ti)供能量的(de)裝置(zhi)。根據激(ji)(ji)勵(li)時利用的(de)能量形式,泵浦方式有放電激(ji)(ji)勵(li)、光激(ji)(ji)勵(li)、熱(re)能激(ji)(ji)勵(li)、化學能激(ji)(ji)勵(li)等。

 

氣(qi)體(ti)放(fang)電(dian)(dian)激(ji)勵(li)(li)是氣(qi)體(ti)激(ji)光器常用(yong)的一種激(ji)勵(li)(li)方式,其激(ji)勵(li)(li)機理是利用(yong)在(zai)高電(dian)(dian)壓下,氣(qi)體(ti)分子(zi)電(dian)(dian)離導電(dian)(dian),與此(ci)同時氣(qi)體(ti)分子(zi)(或原(yuan)子(zi)、離子(zi))與被電(dian)(dian)場加速的電(dian)(dian)子(zi)碰撞(zhuang),吸收電(dian)(dian)子(zi)能量后躍遷到(dao)高能級,形成粒子(zi)數(shu)反轉;除此(ci)以(yi)(yi)外,還可以(yi)(yi)利用(yong)電(dian)(dian)子(zi)槍產(chan)生的高速電(dian)(dian)子(zi)去泵浦(pu)工(gong)作物質,使之躍遷到(dao)高能級稱為電(dian)(dian)子(zi)束激(ji)勵(li)(li);半導體(ti)激(ji)光器靠(kao)注入電(dian)(dian)流泵浦(pu),稱為注入式泵浦(pu)。

 

光激(ji)(ji)勵是利用(yong)光照射工作(zuo)物(wu)質(zhi),光纖激(ji)(ji)光切割機工作(zuo)物(wu)質(zhi)吸收光能后(hou)產生粒(li)子數反轉。光激(ji)(ji)勵的(de)光源可采用(yong)高效(xiao)率、高強度(du)的(de)發光燈,太陽能或激(ji)(ji)光。固體激(ji)(ji)光器(qi)(qi)和液體激(ji)(ji)光器(qi)(qi)常(chang)用(yong)光激(ji)(ji)勵方式。

 

熱能激勵是(shi)用高(gao)溫加熱的方式(shi)使高(gao)能級上氣(qi)體(ti)粒(li)子數(shu)增多,然(ran)后突(tu)然(ran)降低氣(qi)體(ti)溫度,因為高(gao)低能級熱弛(chi)豫(yu)(yu)時(shi)間(jian)不同(tong),低能級弛(chi)豫(yu)(yu)時(shi)間(jian)短,高(gao)能級弛(chi)豫(yu)(yu)時(shi)間(jian)長,從(cong)而(er)實現(xian)高(gao)低能級間(jian)粒(li)子數(shu)反轉。

 

化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)能激(ji)勵(li)利用化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)反應過程中釋放(fang)的化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)能將粒子(zi)泵(beng)浦(pu)到上(shang)能級(ji),建(jian)立粒子(zi)數(shu)反轉(zhuan)。化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)激(ji)勵(li)不像(xiang)前述的放(fang)電(dian)激(ji)勵(li)、光激(ji)勵(li)和(he)熱激(ji)勵(li)在(zai)工作時(shi),需要用外界能源,因此(ci)在(zai)某些特(te)殊的缺乏(fa)電(dian)源的地(di)方,化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)激(ji)光器(qi)可以發揮其光纖激(ji)光切割機特(te)長。

 

 

 

3. 光(guang)(guang)(guang)學諧振(zhen)腔(qiang)光(guang)(guang)(guang)學諧振(zhen)腔(qiang)(簡稱光(guang)(guang)(guang)腔(qiang))是(shi)產生激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)外(wai)在(zai)條件,是(shi)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器的(de)(de)重要組成(cheng)部分(fen)。 簡單的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)學諧振(zhen)腔(qiang)是(shi)在(zai)激(ji)(ji)活介質兩端恰當放置兩個鍍(du)有高反射率(lv)材料的(de)(de)反射鏡構(gou)成(cheng)。激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)所具有的(de)(de)髙方向性(xing)(xing)、高單色性(xing)(xing)、高相干性(xing)(xing)和高亮度(du)的(de)(de)特點,光(guang)(guang)(guang)纖激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)切割(ge)機是(shi)與光(guang)(guang)(guang)學諧振(zhen)腔(qiang)密不可(ke)分(fen)的(de)(de)。

 

光(guang)學諧振腔(qiang)(qiang)具有正反(fan)饋(kui)和選(xuan)模的(de)雙重作用(yong)。所謂正反(fan)饋(kui),即初始光(guang)強在反(fan)射鏡間(jian)往返傳(chuan)播,等效(xiao)于(yu)增加激活介(jie)質的(de)長度(du),終可保證得(de)到一個確定大小(xiao)的(de)光(guang)強。所謂選(xuan)模,即控制腔(qiang)(qiang)內振蕩光(guang)束的(de)特性(xing),使腔(qiang)(qiang)內建立的(de)光(guang)纖激光(guang)切割機振蕩被限制在腔(qiang)(qiang)所決定的(de)少數(shu)本征模式(shi)中,從而提高單個模式(shi)內的(de)光(guang)子數(shu),獲得(de)單色性(xing)好、方(fang)向性(xing)好的(de)強相(xiang)干光(guang)。

 

激光是一(yi)種電(dian)磁(ci)波,激光器的(de)(de)光學諧振(zhen)腔(qiang)將該電(dian)磁(ci)波約束在(zai)(zai)空(kong)(kong)間(jian)(jian)的(de)(de)有限范圍(wei)內(nei)(nei)(nei),根據 Maxwell 電(dian)磁(ci)場(chang)理論,在(zai)(zai)一(yi)定(ding)的(de)(de)空(kong)(kong)間(jian)(jian)范圍(wei)內(nei)(nei)(nei)只能存(cun)在(zai)(zai)系列(lie)分(fen)裂的(de)(de)電(dian)進波的(de)(de)本征態(tai),這些本征態(tai)為光學諧振(zhen)腔(qiang)的(de)(de)模式(shi),激光模式(shi)也就(jiu)是光腔(qiang)內(nei)(nei)(nei)可以區分(fen)的(de)(de)電(dian)迸波本征態(tai),由腔(qiang)的(de)(de)結構(gou)決(jue)定(ding)。

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