大功率光纖激光切割機(jī)將是第三代最先進(jìn)的工業(yè)加工、印刷、通信、醫(yī)療、化工，尤其是國(guó)防使用的重要器件。國(guó)際上普遍采用光纖激光技術(shù)于造船、汽車制造行業(yè)進(jìn)行焊接、切割、打孔等工藝操作。歐美發(fā)達(dá)國(guó)家中，有50％-70％的汽車零部件采用激光加工。美國(guó)建造新的船舶廣泛使用激光焊接一些高強(qiáng)度，低合金鋼的T型構(gòu)件。為了使船舶平板適應(yīng)海洋流體力學(xué)要求，這些構(gòu)件都被設(shè)計(jì)成三維曲率形狀，而此種造型只有用光纖激光器加工才能實(shí)現(xiàn)。用激光輔助平板造型技術(shù)，完全可以取代費(fèi)時(shí)、費(fèi)力而且還有一定危險(xiǎn)性的機(jī)械加熱成型工藝。日本Kawasaki重工造船業(yè)，德國(guó)的Meyer&Werft造船廠等都安裝了大功率的激光加工系統(tǒng)，并且抓緊開發(fā)2kW，6kW和更高如10kW光纖激光加工系統(tǒng)。歐洲正在加強(qiáng)光纖激光器的研發(fā)力度，由德國(guó)弗勞恩霍夫材料和光束技術(shù)研究所啟動(dòng)了一個(gè)“領(lǐng)先的光纖激光器技術(shù)”的重大項(xiàng)目，投資1700萬(wàn)歐元研制新型光纖激光器，并使其功率超過千瓦級(jí)。
光纖激光器這樣高速度發(fā)展是由于光纖激光器的雙包層結(jié)構(gòu)和包層泵浦技術(shù)的成功，以及半導(dǎo)體激光工藝的成熟，光纖光柵的刻劃和多元耦合器的實(shí)現(xiàn)有力地推動(dòng)了光纖激光器的發(fā)展，使光纖激光器的技術(shù)快速提升，并很快發(fā)展到千瓦級(jí)功率輸出。
目前，使用最廣泛的是摻雜稀土材料的激光介質(zhì)，包括摻雜Yb3+，Nd3+，Er3+，Ho3+，Tm3+等離子材料。最普遍的摻Y(jié)b3+離子光纖激光器，在970~978nm半導(dǎo)體激光泵浦下，發(fā)出1.0～1.61μm的激光，英國(guó)南安普頓大學(xué)已經(jīng)制備出1800W高功率激光器。此外，南安普頓大學(xué)還對(duì)摻Er3+光纖激光器進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間研究，制造出了激光波長(zhǎng)位于通信窗口的Er3+光纖激光器，其輸出功率達(dá)到150W。美國(guó)NPPhotonoics公司，亞利桑那大學(xué)也制造出性能優(yōu)良的摻Er3+光纖激光器，并且進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。最近，位于美國(guó)馬薩諸塞州牛津市的IPG公司設(shè)計(jì)出準(zhǔn)連續(xù)高脈沖能量YSL-600／6000-QCM-AC型號(hào)的光纖激光器，平均功率600W，最高峰值功率6000W，最大脈沖持續(xù)時(shí)間10ms，最大占空比10％，其轉(zhuǎn)換效率達(dá)到30％，可進(jìn)行快速加工、焊接、打孔等工藝操作。
SPI公司推出RedPower400W單模和平頂多模光纖激光器。特別適合切割和焊接薄型和中型金屬工件。長(zhǎng)崎造船廠將美國(guó)IPG公司生產(chǎn)的l0kW光纖激光器和電弧進(jìn)行復(fù)合焊接，顯著提高了船舶焊接質(zhì)量，降低了成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。
人眼安全波長(zhǎng)的高功率光纖激光器的發(fā)展也很快，主要以摻Tm”和摻Ho”離子為主，它們的激光波長(zhǎng)范圍在1.5-1.6μm和2.0μm附近。采用摻Nd3+YAG激光器的1.06μm泵浦摻Tm3+的石英光纖，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了2.038μm激光輸出。美國(guó)NPPhotonics公司在摻Tm的鍺酸鹽玻璃中泵浦出1.7-2.017μm的激光，美國(guó)的NorhtropGrumman利用合成組束方法，在摻Tm3+光纖激光器中輸出了608W的2.04μm的激光。人們應(yīng)用Tm3+，Ho3+和Er3+共摻方法，實(shí)現(xiàn)了中紅外波段的激光輸出，其波長(zhǎng)范圍為2.0-2.8μm。但是，對(duì)于發(fā)射3.0-3.5μm的中紅外光纖激光器的研究還處于探索中，只有低溫下才能實(shí)現(xiàn)激光輸出。
除了應(yīng)用摻雜稀土材料制造激光介質(zhì)之外，人們已經(jīng)開始運(yùn)用過渡金屬離子研制光纖激光器。俄羅斯科學(xué)院，日本大阪大學(xué)都對(duì)摻Bi2+離子激光器特性進(jìn)行了研究。并制備出1.1-1.5μm的光纖激光器，而且對(duì)于其它過渡族金屬離子的激光器特性也進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，例如Ni2+，Cr4+等元素也都受到了研究者的重視。
德國(guó)弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所制造出了平均功率400W的飛秒光纖激光器，創(chuàng)下了光纖飛秒激光輸出功率的新記錄。但是，對(duì)于峰值功率已經(jīng)達(dá)到太瓦和拍瓦的飛秒光纖激光器，還不能達(dá)到完美實(shí)用化的要求，尤其是要增大它的有效模面積、增加介質(zhì)摻雜濃度和耦合效率，進(jìn)一步提高它的性能參數(shù)，以加快其實(shí)用化進(jìn)程。
我國(guó)的光纖激光器的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展也很快。尤其是國(guó)家提出要加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定，更加有力地提升了光纖激光器技術(shù)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。西安光機(jī)所研制出全光纖激光器，輸出功率達(dá)到1000W，并對(duì)功率合成技術(shù)有了較大的發(fā)展；武漢瑞科公司生產(chǎn)了新的15W和30W脈沖光纖激光器特別適合于高速打標(biāo)、硅片劃線等工藝；南開大學(xué)，華南理工大學(xué)都進(jìn)行了摻Er3+光纖的研究，取得長(zhǎng)足的進(jìn)展；上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪公司的OLPC1530平面激光切割機(jī)，已經(jīng)在航天、汽車、電器兵器工業(yè)、包裝印刷等不同領(lǐng)域應(yīng)用。大族激光的B3015LS一2000激光切割機(jī)，切割速度達(dá)到19m／min，在汽車制造、廚具加工等行業(yè)都有著很大的市場(chǎng)潛力；華工激光，法力萊Walc系列大幅面數(shù)控光纖激光與等離子共軌切割機(jī)，對(duì)厚板、中板都能一次上料完成切割；南京四開電子企業(yè)有限公司與清華大學(xué)合作，研制出五軸聯(lián)動(dòng)激光加工機(jī)床，光纖激光器的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到30％。武漢楚天激光集團(tuán)股份有限公司制備出的大型光纖激光器切割機(jī)成功用于升空的神舟七號(hào)飛船，還在軍工加工中做出重要貢獻(xiàn)。武漢的華工科技成立了軍用激光技術(shù)研究所，他們利用光纖激光器進(jìn)行激光打標(biāo)、激光焊接、激光切割、激光精密修調(diào)、激光表面處理及其它軍工方面的工藝操作。
總之，國(guó)內(nèi)的一些公司已經(jīng)廣泛地使用光纖激光器開展了許多領(lǐng)域的應(yīng)用，而且還在不斷地?cái)U(kuò)展中，光纖激光器的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)形成了一個(gè)很大的市場(chǎng)，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α５牵覈?guó)的光纖激光器發(fā)展很晚，落后于國(guó)際的研發(fā)水平，在國(guó)內(nèi)所有這些大公司中，幾乎全部使用國(guó)外進(jìn)口的光纖激光器。因此，開展具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光材料研究和光纖激光器的制備研究，尤其是開展光子晶體光纖激光器的研究，是十分緊迫的，具有重大的科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益的。 【光粒網(wǎng)綜合報(bào)道:】 |
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