雷射光束對雷射加工的影響

2021-02-25 武漢新特光電技術有限公司

高功率雷射加工過程中，影響雷射熱加工的因素很多，對於雷射束，其中主要是焦點功率密度、焦斑形狀、光強分布和焦斑漂移等，這些參數不僅與雷射輸出功率有關，而且更依賴於光束模式的分布和穩定性。

按照雷射光束對雷射加工的影響，可以把雷射加工光束特性參數分成三類：功率特性（雷射功率、功率密度、連續或脈衝）、光束特性（光束模式、光束質量、異形光束）、焦點特性（焦點大小、焦點位置、焦深）。

這些光束特性參數並不是獨立的，而是相互影響的。同樣功率的雷射束，光束質量越好，聚焦焦點就越小，焦點的功率密度就越大。同一束雷射，採用短焦距聚焦鏡，可得到較小的聚焦焦點和較大的焦點功率密度，但是造成像差大，鏡片加工困難，短聚焦也容易造聚焦鏡汙染。採用長焦距聚焦鏡，可得到較大的焦斑和較長的焦深，光斑偏移對雷射加工的質量影響相對較小。光束質量作為光束特性中最重要的參數之一，對光束能量分布、聚焦焦點大小、功率密度大小等重要參數有很大影響，是評價雷射製造系統的關鍵參數，它不僅標誌了雷射製造系統的可加工能力，還對雷射材料加工過程產生重要的影響。

任何旋轉對稱的雷射束具有三個參數特點：光腰位置Z0、光束束腰半徑ω0和遠場發散角(半角)θ0。

多種具有特徵化的值被用於描述雷射束的質量：K因子、光束質量因子(M2)及光束參數積（BPP），這些特徵值通過簡單計算能相互直接轉換。光束參數積是θ0和ω0的乘積，在整個雷射傳輸區域守恆。例如，通過安裝透鏡或擴束鏡來改變光束直徑，將會影響光束的發散角。因此，光束參數積用來衡量光束聚焦能力。只有在使用像差或孔徑效應的光學系統時才會影響外光路的光束參數積。

光束模式的測量方法

空間光束能量分布分析是一種測量方法，它把構成光束的所有變量合成為一目了然的圖像。這個方法適用於一切雷射器，而不僅僅是CO2雷射器。CO2雷射器最常用的光束能量分布分析方法是丙烯酸模式燒蝕法。這個方法把未聚焦的光束引向一個丙烯酸靶塊，光束能量使丙烯酸材料氣化蒸發，而且焦斑輪廓與光束本身的空間能量分布成正比。材料氣化形成的輪廓描述了雷射束在照射丙烯酸靶塊過程中（一般持續若干秒）的空間能量分布。

儘管這個方法已廣為應用，但是精度和重複精度在很大程度上依賴於操作者的技巧，還在車間裡產生大量的易燃有毒蒸氣，必須抽吸出去。而且，採用這個方法無法測量雷射束在光路上的瞬時反應，例如可能掩蓋了過程最開始時的變化。因此，模式燒蝕法最多只能算是近似描述雷射光束的性能。

在過去10年中開發出了一些效果各異的半電子診斷法，其中大多數方法試圖對未聚焦的光束取樣，也就是將一小部分有代表性的光束引向某種傳感器，以此獲得主光束的空間能量分布圖。就高功率雷射應用而論，取樣不是採用細小空心管上的微米級小孔，就是採用細金屬絲末端的小反射鏡，將一小部分原始光束引向一個熱電式單元素傳感器，然後由這個傳感器把吸收的能量轉換為比例電信號。


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相關焦點

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  • 雷尼紹推出XM-60多光束雷射幹涉儀
    世界領先的測量專家雷尼紹發布XM-60多光束雷射幹涉儀，只需一次設定即可在任意方向測量線性軸全部6個自由度。與傳統雷射測量技術相比，XM-60在易用性和省時方面做出了重大改進。　　隨著對工件的公差要求越來越高，製造商需要考慮所有來自工具機加工工件的誤差源；角度誤差以及線性和直線度誤差。XM-60經過一次設定便可採集所有誤差。
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  • 【技術融合】先鋒科技深耕雷射加工行業
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