‘九州体育’论激光技术的进步引领先进制造业的变革

本文摘要：走出现代化生产车间，你不会看到一台台激光器于是以无间断成批生产零部件的工业繁荣景象。

走出现代化生产车间，你不会看到一台台激光器于是以无间断成批生产零部件的工业繁荣景象。作为生产行业的新的晋技术，激光生产近年来已很快蹿升为厚钣切割成与焊的主流生产技术，人们甚至期盼未来将激光技术投放到大批量的生产中。凭借着在可靠性、成本和生产效率等方面的明显优势，激光技术不仅被冠上现代生产的中流砥柱的称号，它也政治宣传了传统的生产模式，令其“不有可能”沦为现实。

增材生产、自动化机器人以及远程切割成和焊就是十分典型的应用于案例。下面竟然我们联合总结一下工业激光的发展史，以及它是如何奠下如今的行业地位的。从二氧化碳激光器到二极管激光器20世纪60年代初期，二氧化碳激光器开始转入人们的视野。

当时，二氧化碳激光器主要应用于工业切割成和焊领域，不过受制于订购成本、运营和确保等问题造成它并没获得普遍用于。另一方面，技术人员得到专业化的培训也是它没普及的原因。随着二氧化碳激光器功率持续升高，到20世纪80年代，他们沦为工业领域中应用于普遍的高功率激光器。

尽管如此，大量损耗气体所带给的高昂成本仍然为二氧化碳激光器的存活带给挑战。为了维持设备的平稳运营，更换鼓风机、电极、真空泵以及镜面洗手与校准等确保工作的成本是十分便宜的。

图1：由多家制造商获取的纤芯105μm，波长915nm光纤耦合二极管激光器的功率与时间的对比图。从图中可显现出激光器的输出功率随时间的前进大大提高。曲线中两个最低的数据点分别对应了恩耐热泵浦二极管与恩耐近期展出的315W泵浦二极管（该款产品的输出功率提高了近60%），图片出自于参考文献[1]。

Nd：YAG液体激光器在20世纪90年代月攀上工业舞台。代替了镜面反射传输，液体激光器可通过柔性光纤光缆传输激光，从而更容易与机器人展开构建。与二氧化碳激光器比起，液体激光器需要损耗气体也能取得与前者完全相同的生产效率和出众的光束质量，不过它也必须高标准的常规确保。

功率的提高不断扩大了激光器的应用领域，特别是在是在工业焊方面；同时也于是以因为功率的提高，液体激光器的光束质量与其他性能因增益介质的热效应影响再次发生了发育。最后，Nd：YAG液体激光器被半导体激光器所代替。

二极管激光器的电光切换效率高，输入波长吸取也更加充份。然而二极管泵浦液体激光器（DPSS）的光束质量和仅次于功率却受到增益介质风扇问题的制约，同时还要面对污染、标准校准和确保等问题。20世纪末期，获益于多项光学技术的突破，光纤通信为激光技术带给了根本性改良。二极管泵浦的光纤放大器凭借出众平稳的光束质量、高效性、不易风扇性以及不不受污染、环境或光功率等级影响的无校准密封光路，沦为光纤通信取得成功的关键因素。

由于激光就是指光纤中生产量，其光纤耦合的效率也很高。人们对电信的投资毫无疑问推展了二极管激光器的存活和功率快速增长，但由于通信光纤放大器的广泛功率维持在1瓦以下，所以并不适合于大多数的工业应用于。

光纤激光器和碟片激光器兴起到了21世纪，二极管激光器的功率和性能之后获得提高。图1为波长915nm的二极管激光器耦合入105μm光纤的功率，从图中我们可以看见输出功率在最近几年有明显提高。

恩耐作为高功率半导体激光器和光纤激光器的专业供应商，早已在期刊上刊出了315W105μm光纤耦合半导体激光器的讲解。半导体激光器在光纤、光纤加工方式和光纤涉及器件方面的优势早已被顺利应用于到光纤激光器中，如此一来光纤激光器的功率不仅获得了提高，它在金属焊、切割成等领域也开始广泛应用。从图2中我们可以看见在2004年光纤激光器的输出功率首次超过1千瓦，而2013年堪称突破性地超过100千瓦。

十余年的时间，光纤激光器当之无愧地沦为激光行业发展最慢的产品，并且正在代替其他类型的激光和非激光技术，如电弧焊接、等离子切割成等。图2：图为光纤激光器输出功率与时间的对比图，数据出自于激光器制造商与研究实验室。图中蓝点回应单模光纤激光器（最佳光束质量与最低亮度），白点回应多模光纤激光器（光束质量较低）。

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