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      激光切割機配件光纖激光器

       激光的出現和應用被稱爲人類使用工具的第三次飛躍。縱觀科技發展的歷史,能源獲取方式不斷更新,促進了科技文明等級的不斷提高。從燃燒木柴得到火源,到開發各種化石燃料獲得機械動能,直至依靠核能、元素衰變獲取能源,輸出電力,我們一直在探索和開發能量利用和儲備的新途徑。激光,作爲全新的能量利用方式,被譽爲"最快的刀"和"最準的尺"。大家也公認激光加工是"未來製造系統的共同加工手段"。與機械加工相比,激光加工面對的對象非常廣泛,幾乎沒有任何行業限制;過程完全可以採取非接觸的方式展開,符合新經濟工廠微型化的大趨勢;產生的能耗極低,環保效益極高;加工速度快,可以同自動控制、智能生產完美結合。

       
      激光器從誕生到現在,不過短短半個世紀時間。而激光技術確如人們所期,滲入了各行各業。不論是通信、測量、醫學、印刷,還是製造業、軍事、娛樂業、科研……並且,可以毫不誇張地說,在某些領域,它已成爲不可替代的核心技術。例如,通訊領域中的光纜通訊,軍事中的制導、測距,計量中的長度基準,娛樂業中的信息存儲等。另一方面,激光器並不那麼"好用"——效率低,例如燈泵浦固體激光器(泵浦源自英文"pump",意爲"抽取",形容能量受到激勵,從低到高流動)的效率只有2%、故障多、穩定性差、體積龐大、使用成本高。
       
      光纖激光技術的成熟使得大功率激光切割機配件光纖激光器從實驗室真正進入大規模工業應用的時代。早在上世紀60年代,美國科學家梅曼就成功製造出了首臺激光器,使激光正式步入實際應用的工業時代。長期以來,普通激光器的功率、效率以及性能難以得到大幅提升。在能源日益短缺的時代,大功率激光切割機配件光纖激光器較高的電光轉換效率使其可以大幅度減少能耗,在節約資源等方面做出越來越多的貢獻。激光切割機配件光纖激光器已經或正在許多應用領域替代化學、氣體和普通固體激光器,對激光器市場產生了革命性的改變,也是未來激光器發展的必然趨勢,是"激光產業的新寵兒",被譽爲"第三代激光器",具有廣闊的應用前景。
       
      2015年,全球激光器產品(不含激光器系統)市場容量預期可達100億美金。其中,激光切割機配件光纖激光器目前所佔市場份額並不高,還不到工業用激光器的15%(2008年激光切割機配件光纖激光器所佔比例爲7%),但增長迅猛。據美國權威雜誌《工業激光解決方案》(Industrial Laser Solution)預測,其持續幾年的增長率都將在25%以上,到2025年有望佔到整個工業用激光器市場份額的50%以上。未來"光加工"必將成爲高端製造業的核心,光纖激光在微納加工領域必將扮演越來越重要的角色。
       
      目前,節能環保、新能源利用是全球的主旋律。在這種大環境下,激光器技術如何走出環保節能的綠色之路,也是世界上所有激光專家所面臨的現實課題。其中,被稱爲"第三代激光器"的激光切割機配件光纖激光器脫穎而出,特別是摻雜各類稀土的激光切割機配件光纖激光器,在光纖通信、光纖傳感、激光材料處理等領域獲得了廣泛的應用,成爲最受關注的新興技術。與傳統各類激光器(包括氣體激光器、半導體泵浦固體激光器和燈泵浦固體激光器等)相比,激光切割機配件光纖激光器的優點非常突出,具體包括:
       
      節能省電,低製冷,環保效益高
       
      高功率激光切割機配件光纖激光器電光轉換效率高,整機系統的效率可達30%,其效率是燈泵浦固體激光器的15倍,二氧化碳氣體激光器的6倍,半導體泵浦固體激光器的2倍。在激光精密加工行業,2008年全國激光系統銷售量約爲2萬套,其中高功率激光切割機配件光纖激光器佔10%。以每臺激光器平均功耗500瓦,開機率50%計算,2008年全年銷售的各類激光器的一年總用電量約爲4千3百萬度電。如果高功率激光切割機配件光纖激光器佔有率增加到50%,那麼一年銷售的激光切割機配件光纖激光器在全年耗電量方面直接節約工業用電約2千萬度電。這幾乎等同於中國2009年在甘肅敦煌西部招標籌建的全國最大的太陽能發電站一年的發電量,該太陽能電站規模10兆瓦,總投資超過5億元。中國目前工業用激光加工系統有超過20萬套,如果半數(主要是燈泵或者半導體泵浦固體激光器)替代爲高功率激光切割機配件光纖激光器,那麼所能節約的耗電量更是驚人。
       
      傳統激光器中增益介質通常情況下必須採用水製冷,一方面是保護增益介質避免受到熱損傷,另一方面是確保激光腔的穩定性,消除所謂"熱透鏡"效應。而激光切割機配件光纖激光器採用光纖做增益介質,具有很大的表面積/體積比,這使其具有非常好的散熱性能。同時,封閉的全光纖結構保證了激光腔的穩定性。正因爲激光切割機配件光纖激光器這些獨有的特點,從而使得其對冷卻的要求大大降低,低功率的激光切割機配件光纖激光器更只需使用風冷,取代了傳統激光器所必須的水冷要求,從而節電節水。
       
      免調節、免維護、高穩定性
       
      現代加工行業中大量使用到的半導體泵浦固體激光器,開機需要預熱,使用過程中需要監控腔內溫度情況,經常需要受過專業培訓人員做光學校準,使用一段時間之後還需要更換激光腔,從而使得激光器的維護和使用成本非常高。而激光切割機配件光纖激光器整個激光腔由柔性光纖通過熔接工藝組成一個封閉的腔體,腔內沒有任何光學鏡片,開機即可使用,具有免調節、高穩定性的優點。尤其重要的是,可長期免維護使用,可節約大量維護費用和時間,提高工作效率,從而節能省成本,這是傳統激光器無法比擬的。
       
      光束質量高,加工精度高
       
      激光切割機配件光纖激光器的光路由光纖和光纖元件構成,信號激光在直徑很小的纖芯中產生和傳輸。在小芯徑纖芯波導的限制下,信號激光可獲得近似理想的光束質量和極小的光斑直徑,這是全激光切割機配件光纖激光器獨具吸引力的無與倫比的重要優勢。優異的光束質量和極小的出光光斑直徑在激光應用中具有非常重要的意義,可使後續應用設備的光學系統更簡單,體積更小,工作距離更長,激光聚焦光斑更小,工作效率更高,加工深度更深,加工質量更好等。同一臺激光切割機配件光纖激光器可以進行焊接、切割、鑽孔、熔覆、燒結和釺焊。例如,新能源太陽能光伏產業中的核心元件(光伏板)的劃片和切割工藝中,激光切割機配件光纖激光器正在逐步替代其他各種激光切割技術,成爲光伏產業中太陽能電池表面處理、薄膜切割等應用的最佳選擇方案。因爲激光切割機配件光纖激光器和傳統激光器相比具有最小光斑尺寸以及最優良的光束質量,所以切割質量最高,減少光伏板的材料浪費。換句話說,激光切割機配件光纖激光器加工技術能夠最有效地提高光伏電池的發電量,降低成本,提高效益。
       
      在醫療方面,許多內外科手術中使用光纖激光作手術刀。大功率激光切割機配件光纖激光器用於手術,使組織脫落和光致凝結手術的時間大大縮短。在眼科手術中,連續摻銩激光切割機配件光纖激光器能使角膜成形手術的成功率更高,還可以治療遠視、近視等眼科疾病。由於光纖的柔韌性和激光切割機配件光纖激光器光束質量好,在心血管手術中可使光纖進入人體內排除腫瘤或各種血管淤積物。在整形美容手術中,2微米波長激光切割機配件光纖激光器在治療皮膚癌和去紋身方面也取得了良好效果。此外,功率爲幾瓦的摻銩激光切割機配件光纖激光器能爲外科手術提供較大的高能輻射,在顯微外科手術中扮演了重要角色,而且在紅外保健方面也有應用。
       
      大功率激光切割機配件光纖激光器應用於石油礦產領域,在建井和完井作業中發揮出色作用。激光切割機配件光纖激光器通過光纖向井下提供所需要的能量,與常規工業激光器相比,工作效率更高、光束質量更好、機動性更強,在使用壽命期間基本上不用維修。2003年,美國天然氣技術研究所(GTI)使用5.34kW大功率激光器進行的井下射孔實驗表明,高功率激光切割機配件光纖激光器因具有較高光束質量使其能夠破碎任何巖石,因而在此應用領域體現出其巨大優勢。
       
      除此之外,激光切割機配件光纖激光器還具有體積小、靈活性高、使用壽命長(10萬小時)等,就不一一列舉。
       
      綜上所述,我們可以明顯看出,高功率激光切割機配件光纖激光器是適應綠色環保主題要求下的新型激光器,其發展是大勢所趨,不可替代。其不僅自身使用節能省電、使用成本低,而且適用於新能源產業中高精密加工的需求,從而造福人類,其經濟社會效益是不可估量的。
       
      發展超高功率全光纖型激光器系統,無疑對於產業的升級換代具有重要的推動作用,在實現具有自主知識產權的新型加工設備研製方面具有深遠意義。深圳是繼武漢之後中國第二個激光產業聚集地,也是高功率激光切割機配件光纖激光器的用戶集中地區,有些公司每年用在高功率激光切割機配件光纖激光器的採購上都已達數億。在新一代的工業革命浪潮中,只有在工具上不斷革新,積累優勢,才能確保我們具備真正領先的創新制造能力。
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