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高功率、短波长激光的应用发展及优势

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高功率绿光激光器的发展备受关注。连续光纤激光器由于其运转模式连续及其波导式结构的特点,具有输出激光能量均匀、高增益、高转换效率、可实现超高功率输出、光束质量较好、容易实现单模输出和性能稳定等优点。

激光与材料相互作用的原理是复杂多样的,不同的激光参数(如波长、功率、脉冲宽度等)和材料特性会导致不同的相互作用效果。这些相互作用的结果在激光技术的应用中有着广泛的利用,如材料加工、医疗治疗、科学研究等。

铜材料是世界上应用最广的金属材料之一,在常温条件下,如图1所示,铜材对1064nm波段的激光吸收率只有不到5%,而对532nm的绿光的吸收率可以达到40%,相当于是近红外波段激光的8倍。而铜材大量应用于锂电、微电子等行业,目前工业界使用最多的是1064nm波段的近红外激光器,由于铜对1064nm波段激光吸收率低从而会在加工过程中出现效率低、气泡、飞溅等问题,而绿光激光用于铜等高反材料的切割、焊接、增材制造应用的效果比近红外激光效果有明显优势。因此实现高功率、高效率的连续绿光输出成为激光器的研究热点之一。

绿光激光器的一个重要应用是3D打印技术。在金属3D打印领域,绿光激光器可以提高打印质量,实现纯铜材料复杂结构的3D 打印,图3为单模连续绿光光纤激光器纯铜打印分析结果,设备集成商为希禾增材,采用公大激光推出的500W单模绿光激光器作为打印光源。

使用单模连续绿光光纤激光器作为光源,在打印纯铜方面的应用是一个相对较新的技术领域,它利用了绿光激光器的光束特性来克服传统激光技术在处理高反射材料时遇到的挑战。由于纯铜对绿光的吸收率远高于对近红外光的吸收率,使得绿光激光器在铜材料的加工上更为有效。另一方面,单模激光器产生的光束具有很高的质量和一致性,这对于精密加工至关重要,尤其是在打印纯铜时,可以确保打印过程的精细度和一致性。

而在短波长激光器的开发中,紫外(UV)激光器和蓝光激光器因其独特的应用特性而备受关注。由于紫外激光波长较短,对材料的纯度和光学特性要求极高,目前难以找到能够承受高功率紫外激光的材料,市场上出现的超过百瓦的紫外激光器并不多见。蓝光激光器虽然目前已有制造商实现了千瓦级的功率输出,但在光纤合束前,蓝光激光器需要进行空间合束,这一过程对激光光束的质量、稳定性和功率分布有严格要求,与光纤激光器相比,蓝光激光器的光束质量较差,这限制了其在某些精密加工应用中的性能。

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