高功率IPG光纤激光器应用简介
高功率光纤激光器
2019/9/22
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高功率光纤激光器的主要特性
在光纤材料中掺杂铒(Er)，铥(Tm)，镨(Pr)， 镱(Yb)等不同的稀土元素便会使光纤激光器有 多种不同的输出波长；
由于双包层泵浦技术
(Double Cladding Pumped Technology) 的发 明与特殊工艺的融合便诞生了高功率的光纤激 光器；
外包层
内包层
纤芯
输出光束
2019/9/22
宽面二极管
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包层光线横截面与包层泵浦技术示意图
Section of cladding fiber and cladding pumping technology
内包层
Inner clad
纤芯
Core
外包层
Outer clad
偏心圆内包层
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2019/9/22
掺镱双包层泵浦光纤 低折射率的外包层光纤 输出端
2019/9/22
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高功率光纤激光器的工作原理-4
特殊耦合器
2019/9/22
多模Diode Pnmp
5m纤芯
Tapered Fiber Bundle
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高功率光纤激光器的工作原理-5
7 MM Fiber 0.16 NA
Single mode output
多模泵浦光 Multi-mode pump light
特殊设计的树杈形包层光纤
Cladding fiber in “the fork of a tree”shape
单模输出 Laser output Single-mode
在单模纤芯内被镱原子吸收的多模泵浦光
Multi-mode pump light is absorbed by ytterbium atoms in the single-mode core
高功率IPG光纤激光器应用简介
高功率IPG光纤激光器应用简介一、IPG光纤激光器简介1.光纤激光器简介光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来:在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。
2.光纤激光器的优势首先是使用成本低，光纤激光器替代了不稳定或高维修成本的传统激光器。
其次，光纤激光的柔性导光系统，非常容易与机器人或多维工作台集成。
第三，光纤激光器体积小，重量轻，工作位置可移动。
第四，光纤激光器可以达到前所未有的大功率(至五万瓦级)。
第五，在工业应用上比传统激光器表现更优越。
它有适用于金属加工的最佳波长和最佳的光束质量，而且光纤激光器在每米焊接和切割上的费用最低。
第六，一器多机，即一个激光器通过光纤分光成多路多台工作。
第七，免维护，使用寿命长。
最后，由于其极高的稳定性，大大降低了运行中对激光质量监控的要求。
简单来说就是高功率下的极好光束质量，高光束质量下的极好电光效率，高功率高光束质量下的极小体积、可移动性和柔性。
3.IPG简介全球最大的光纤激光制造商IPG Photonics由Valentin Gapontsev博士于1991年创建，总部设在美国东部麻省。
IPG在德国、美国、俄罗斯和意大利设有生产、研发基地，并在全球设有销售和服务网点，覆盖美国、英国、欧洲、印度、日本、韩国、新加坡和中国，并于2006年在美国纳斯达克上市。
十八年来，IPG致力于纵向合成，所有的核心配件均为IPG研发、生产和拥有，同时也是唯一一个能为客户提供高性价比的光纤和半导体激光器的厂家。
高功率是IPG的优势。
全世界已有上千台IPG的高功率(>1KW)光纤激光器在汽车制造、船舶制造、海上平台和石油管道、航空航天和技术加工等工业领域中得以应用。
在日本，我们向丰田、三菱、住友在内的客户售出了数百台IPG的大功率光纤激光器。
高功率光纤激光器原理和应
光纤激光器原理
Laser （Light amplification by the stimulated emissioLDM#
LDM#
LDM# LDM# LDM#
-
有源光纤
+
LDM# LDM# LDM#
• 光纤输出端（connector)与插入式连接头（bayonet)形成电子回 路，可有效监控光纤的状态。
• 光纤输出端有水循环冷却装置，可有效带走激光传输及反射所产 生的热量，保证光纤输出端的安全。
• 在激光器中，有探测器对激光反射进行监控，一旦反射强度超过 阈值，激光器将会报警，避免持续高反，损坏光纤或激光器。
光纤模组
全光纤激光模组
LDM#
LDM#
LDM#
-
注意事项
• 开关机顺序 • 不同季节的注意事项 • 日常保养的注意事项 （激光器，水冷机，空调） • Chiller Tune 软件使用 • LaserNet使用
FFBD
FFBD
Interlock
Interlock.jpg
IPG 光纤概述
1. 光纤外型 2. 光纤原理 3. 光纤结构 4. 光纤型号 5. 最小弯曲半径与盘绕半径 6. 光纤如何实现自我保护
1 光纤外形
2 光纤的原理
光纤是一种高度透明的玻璃丝，由纯石英经复杂的工艺拉制而成。 光纤→中心部分(芯Core)＋同心圆状包裹层(包层Clad)＋涂覆层
特点：ncore>nclad ⇒光在芯和包层之间的界面上反复进行全反射，并在光纤中传递下 去
3 光纤的结构
4 光纤的型号
5 在有应力（Stressed)与无应力（ Unstressed)状况下最小弯曲半径的 区别
光纤激光器的原理及应用
光纤激光器的原理及应用引言机器人激光切割成套设备是基于机器人机构，利用光纤激光器产生的大功率高能密度定向激光，实现汽车用钢板等板材自动切割的成套生产设备。
由于光纤激光采用光纤传输，可将光束传送到远距离加工点，并且光纤自身可自由变换形状，在机器手的夹持下，其运动由机器手的运动决定，因此能匹配自由轨迹加工，完成平面曲线、空间的多组直线、异形曲线等特殊轨迹的激光切割。
激光加工在工业中所占的比重已经成为衡量一个国家工业加工水平高低的重要标志。
切割、焊接是汽车白车身制造中的重要生产工艺，尤其在新车型开发和小批量定制中，采用先进的激光切割(代替部分修边—冲孔工序的模具)可以大大提高开发效率、降低开发成本，从而使得激光切割的应用倍受青睐。
1.影响光纤激光器能量传输的主要因素由于激光在光纤中不可避免地会产生吸收、散射及透射等现象，所以导致光纤传输激光功率随光纤长度的增加而衰减。
通常用dB数来表示衰减度，dB值用下式计算式中，是衰减前的激光功率；P是衰减后的激光功率。
对于由传输长度引起的衰减来说，表示光纤中x=0处的激光功率，P是激光从x=0传播到x=x处的功率。
由式(1)可知，P(x)和的关系满足式中，x的单位为km，表示每千米衰减的dB数。
从式(1)可以看出，当耦合光纤足够长时，即使光纤的值较小，光纤长度引起的衰减也不可忽视。
对于激光能量分布按Gauss分布的光纤，其传输的激光功率密度(或称激光强度)I可认为与纤芯半径a的平方成反比，即因此，若保持光纤传输的激光功率不变，减小光纤芯径即减小传输激光能量的光纤纤芯的横截面面积，则光纤传输的激光功率密度将增加。
光纤耦合引起的衰减不容忽视。
例如在激光二极管点火中，激光二极管与光纤的耦合，光纤与光纤之间的耦合，光纤与点火器之间的耦合都存在能量损失。
激光的热效应也是不容忽视的。
在激光点火中，通常情况下，正是利用激光的热效应来引燃、引爆含能材料。
因此，光纤包层及封装材料的传热系数越大，热散失越多，光纤最终输出的能量损失越大。
大功率光纤激光技术及应用
大功率光纤激光技术及应用光纤激光技术是一种高效、高精度、高能量密度的激光技术，具有广泛的应用前景。
其中，大功率光纤激光技术是近年来发展最为迅速的一种激光技术之一。
本文将从以下几个方面介绍大功率光纤激光技术及其应用。
一、大功率光纤激光技术的原理大功率光纤激光器是利用掺镱、掺铒等稀土元素掺杂在二氧化硅或氟化物玻璃等材料中制成的激光器。
其工作原理是：利用泵浦源（通常为半导体激光器）将能量传输到掺镱或掺铒的玻璃纤维中，使其产生受激辐射，从而得到单色、相干性好、束斑质量高的输出激光。
二、大功率光纤激光器的优点1. 高效能：大功率光纤激光器具有高转换效率和低热损失，能够将电能转换为更多的可见和近红外激光输出，从而提高了能量利用率。
2. 高品质：大功率光纤激光器的输出具有单色性好、相干性高、束斑质量好等特点，适用于需要高精度加工和检测的领域。
3. 高可靠性：大功率光纤激光器采用了无腔共振结构，没有反射镜和其他易损部件，因此具有较高的稳定性和可靠性。
三、大功率光纤激光器的应用1. 工业制造大功率光纤激光器在工业制造领域中得到广泛应用。
例如，它可以用于金属切割、焊接、钻孔等加工过程中，由于其输出能量密度高、精度高等特点，在加工效果上比传统机械加工方式更优秀。
同时，它还可以用于半导体材料的刻蚀和微细加工等领域。
2. 医疗美容大功率光纤激光技术在医疗美容领域也有着广泛应用。
例如，在皮肤修复方面，它可以被用来治疗皮肤色素沉着、痤疮、红血丝等问题，同时还可以用于皮肤紧致和去除皱纹等方面。
3. 科学研究大功率光纤激光技术在科学研究领域也有着广泛的应用。
例如，它可以被用来进行原子物理实验、量子计算和量子通信等领域的研究。
4. 其他应用大功率光纤激光技术还可以被应用于雷达测距、军事防御、环境监测等领域。
四、总结综上所述，大功率光纤激光技术具有高效能、高品质和高可靠性等优点，在工业制造、医疗美容、科学研究以及其他领域都有着广泛的应用前景。
20160727IPG光纤激光器内部培训资料
20160727IPG光纤激光器内部培训资料激光技术是现代科学和工程领域中重要的应用技术之一，它在材料处理、医疗、通信等领域发挥着重要作用。
IPG光纤激光器是当前应用广泛的一种激光器类型。
为了提高员工对于IPG光纤激光器的认识和操作能力，特编写此内部培训资料，深入介绍IPG光纤激光器的原理、构造、应用等方面的知识。
1. IPG光纤激光器概述IPG光纤激光器是一种基于光纤技术的激光器设备，具有高效、稳定、可靠等优点。
它由光纤增益介质、泵浦光源、光纤耦合器等组成，可以用于切割、焊接、打标等多种应用场合。
2. IPG光纤激光器的工作原理IPG光纤激光器是利用光纤内的光放大效应来实现激光的产生。
通过将光纤增益介质中的激光能量通过泵浦光源输入光纤中，利用等离子体共振效应实现光的放大，最终形成高质量、高功率的激光束。
3. IPG光纤激光器的主要特点IPG光纤激光器具有许多独特的特点，如高光束质量、高能量转换效率、稳定的输出功率等。
此外，它还具有自我保护功能、可调谐波长等特点，非常适合各种工业和科研应用。
4. IPG光纤激光器的应用领域IPG光纤激光器被广泛应用于材料加工、医疗、通信等领域。
以材料加工为例，IPG光纤激光器在金属切割、焊接、打标等方面有着重要的应用且取得了良好的效果。
5. IPG光纤激光器的操作与维护在使用IPG光纤激光器时，需要注意操作规范，包括正确接入电源、使用适当的冷却系统、合理设置激光参数等。
另外，定期进行设备维护和保养，如清洁光纤、检查泵浦光源等。
6. IPG光纤激光器的未来发展趋势随着科学技术的不断进步，IPG光纤激光器在未来将会有更广泛的应用。
未来发展趋势包括技术的不断创新改进、设备性能的进一步提升以及应用领域的扩展等。
通过本内部培训资料，我们对IPG光纤激光器的原理、构造、应用等方面的知识有了更深入的了解。
希望员工能够通过学习，提高对IPG光纤激光器的认知和操作技能，为公司在激光技术领域的发展做出更大的贡献。
光纤激光器的特点与应用
光纤激光器的特点与应用特点：1.高效率：光纤激光器的光电转换效率高，能将大部分的电能转化为光能，较低的功率损耗使其能够工作在较长时间内。
2.高光束质量：光纤激光器通过光纤内部的多次全反射使光线能够沿着光纤轴向传输，从而减少光线的发散。
这使得光纤激光器的光束聚焦度高、光斑质量好，适合用于高精度加工。
3.线性调制：光纤激光器的输出功率与泵浦光功率之间呈线性关系，能够实现根据需要进行连续、快速的功率调节，满足不同加工需求。
4.体积小、重量轻：光纤激光器相比于其他类型的激光器体积小巧、重量轻，便于安装、移动和集成于机械设备中。
5.寿命长：光纤激光器的泵浦光源通常采用半导体激光器，其寿命长达几万小时，因此光纤激光器的工作寿命相对较长。
应用：1.材料加工：光纤激光器在材料加工方面有广泛的应用，如激光焊接、激光切割、激光打标等。
其高光束质量和线性调制特性使其能够实现高精度的加工，应用于金属、塑料、陶瓷等材料的加工。
2.通信：光纤激光器被广泛应用于光纤通信系统中。
其稳定的输出功率、较低的电－光转换损耗和容易调制等特点使其成为高速通信的重要光源。
光纤激光器还可以实现WDM（波分复用）技术，将多路的信号通过一个光纤传输，提高通信带宽。
3.医疗：光纤激光器在医疗领域有广泛的应用，如激光手术、激光治疗等。
其高光束质量和可调节的输出功率使其能够实现精细的目标组织切割和病变区域消融，且对周围组织损伤小。
4.科学研究：光纤激光器的高功率、短脉冲宽度和高重复频率使其成为研究领域的重要工具。
在激光光谱学、激光脉冲探测、精密光谱分析、激光等离子体物理等领域都有重要应用。
5.展示与投影：光纤激光器的高亮度和调制灵活性使其在展示和投影领域有广泛应用。
激光投影仪通过光纤激光器的光线聚束和调制，能够实现高亮度、真彩色和高分辨率的投影效果。
总结起来，光纤激光器具有高效率、高光束质量、线性调制、体积小、重量轻和寿命长等特点。
在材料加工、通信、医疗、科学研究和展示等领域都有广泛的应用。
大功率光纤激光器用途
大功率光纤激光器用途大功率光纤激光器是指功率在几千瓦到几百瓦以上的激光器，它具有较高的输出功率和较高的能量密度，因此具有广泛的应用。
以下将详细介绍大功率光纤激光器的主要用途。
首先，大功率光纤激光器在材料加工领域有着重要的应用。
它可以用于金属加工、焊接、切割和打孔等工艺。
由于光纤激光器具有较小的光斑直径和较高的能量密度，因此可以实现高精度和高速度的加工。
对于金属材料，光纤激光器可以快速加热并融化，实现高质量的焊接和切割效果。
此外，光纤激光器还可以用于工业表面处理，如去漆、除锈等。
大功率光纤激光器在这些加工过程中可以提高效率和质量，并减少能源消耗。
其次，大功率光纤激光器在激光打标领域也有广泛的应用。
激光打标是利用激光技术对物品进行标记和刻印。
相比传统的刻划方式，激光打标具有无接触、非接触、高精度等特点。
大功率光纤激光器可以实现对各种材料的打标，包括金属、塑料、陶瓷、玻璃等。
激光打标在电子、电器、医疗器械、汽车零部件等领域有着广泛的应用，可以实现标志、图案、文字等不同类型的刻印。
此外，大功率光纤激光器在医疗领域也有重要的应用。
激光在医疗中具有多种作用，如手术切割、封闭血管、组织烧灼和癌症治疗等。
大功率光纤激光器可以实现高品质和高效率的医学操作。
例如，它可以用于手术中的精确切割和烧灼，减少手术损伤和出血。
此外，光纤激光器还可以通过光热效应杀死癌细胞，用于肿瘤治疗。
大功率光纤激光器在医疗中的应用可以提高手术效果，减少创伤和恢复时间。
另外，大功率光纤激光器在通信和传输领域也有重要的应用。
随着信息技术的发展，光纤通信已成为主流的通信方式。
大功率光纤激光器可以实现高功率和高速度的光信号传输，提高传输距离和容量。
光纤激光器还可以用于光纤放大和光纤激光器系统的构建，提供高质量的光信号。
大功率光纤激光器在通信领域的应用可以提高网络传输速度和质量，满足日益增长的数据需求。
此外，大功率光纤激光器还可以用于科研和实验室应用。
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高功率IPG光纤激光器应用简介
一、IPG光纤激光器简介
1.光纤激光器简介
光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。
2.光纤激光器的优势
首先是使用成本低，光纤激光器替代了不稳定或高维修成本的传统激光器。
其次，光纤激光的柔性导光系统，非常容易与机器人或多维工作台集成。
第三，光纤激光器体积小，重量轻，工作位置可移动。
第四，光纤激光器可以达到前所未有的大功率（至五万瓦级）。
第五，在工业应用上比传统激光器表现更优越。
它有适用于金属加工的最佳波长和最佳的光束质量，而且光纤激光器在每米焊接和切割上的费用最低。
第六，一器多机，即一个激光器通过光纤分光成多路多台工作。
第七，免维护，使用寿命长。
最后，由于其极高的稳定性，大大降低了运行中对激光质量监控的要求。
简单来说就是高功率下的极好光束质量，高光束质量下的极好电光效率，高功率高光束质量下的极小体积、可移动性和柔性。
3.IPG简介
全球最大的光纤激光制造商IPG Photonics由Valentin Gapontsev博士于1991年创建，总部设在美国东部麻省。
IPG在德国、美国、俄罗斯和意大利设有生产、研发基地，并在全球设有销售和服务网点，覆盖美国、英国、欧洲、印度、日本、韩国、新加坡和中国，并于2006年在美国纳斯达克上市。
十八年来，IPG致力于纵向合成，所有的核心配件均为IPG研发、生产和拥有，同时也是唯一一个能为客户提供高性价比的光纤和半导体激光器的厂家。
高功率是IPG的优势。
全世界已有上千台IPG的高功率（>1KW）光纤激光器在汽车制造、船舶制造、海上平台和石油管道、航空航天和技术加工等工业领域中得以应用。
在日本，我们向丰田、三菱、住友在内的客户售出了数百台IPG的大功率光纤激光器。
这些激光器的成功应用，说明了IPG光纤激光已成熟，且成为制造业的技术工具之一。
依近期国内各厂家、院校、集成商对IPG光纤激光器大量的订单来看，光纤激光在中国市场广泛应用的局面会很快到来，尤其是在金属加工（切割、焊接、熔覆、快速成型等）方面。
二、高功率光纤激光应用领域
1.激光焊接领域的应用
光纤激光器的光束质量好，连续功率大，适用于深熔焊和浅表热导焊。
连续激光通过调制可提供激光脉冲，从而获得高峰值功率和低平均功率，适用于需要低热输入要求的焊接。
由于高功率激光的调制频率高达1万赫兹，因而能够提高脉冲焊接的产能。
光纤输送方式使激光能够灵活地集成在传统焊钳、振镜头、机器人和远程焊接系统内。
无论采用何种光束输送方式，光纤激光器都具有无可比拟的性能。
典型的点焊应用包括依靠振镜头传送光束，从而完成剃须刀片和硬盘挠曲的焊接，从而充分地利用光纤激光器的脉冲功能。
光纤激光器的光斑小，焦距长，因而远距离激光焊接的能力大大提高。
1-2米的工作间距与传统机器人相比使工作区域提高了数倍，配备光纤激光器的远程焊接工位包括车门焊接、多点焊接和整个车身框架的搭接焊接。
光纤激光器焊接的其它例子包括传动部件全熔焊、船用厚钢板深熔焊、电池组密封焊接、高压密封等等。
图1展示了光纤激光焊接的效果。
图1.激光焊接的应用
2.激光切割领域的应用
波长1070 nm的掺镱光纤激光器是激光切割的理想光源，光纤激光器在切割领域的部分优点包括工作波长、数千瓦功率、良好的波束质量、有效功率范围大、功率稳定、光斑小。
光纤激光器的动态工作功率范围非常大，即使激光功率发生变化，光束焦点及其位置依然保持固定，从而使每次的处理结果始终保持一致。
通过改变光学装置的配置可大范围的改变光斑尺寸，从而允许终端用户根据切割材料和壁厚选择相应的功率密度。
光纤激光器光束质量高、光斑小、脉冲能量高，非常适合薄材料的精细切割。
脉冲切割方式产生的熔渣和热影响区（HAZ）极小，是许多微加工领域必不可少的切割方式。
光斑小，功率密度就高，相应的切割速度就快，切缝质量好。
光纤激光器脉冲调制切割的例子包括心血管支架切割、太阳能电池板硅片切割、模具切割等。
高功率多模激光通常用于薄板材和厚板材的连续切割。
由于景深大、光斑小，因而厚金属切割时形成的切口小，切壁直。
高功率多模激光的常见应用领域包括汽车车身零件的3-D切割，如液压成形管件、耐高温钢等，航空领域铝、钛合金材料的铆钉孔切割，造船和钢铁行业的厚钢板切割。
图2展示了光纤激光切割的过程。
图2.激光切割的应用
3.激光表面处理应用
激光是使各种工具和表面硬化的优质热源。
这种热源能够使材料的金相结构发生变化，使表面硬化，从而提高材料的耐磨性。
表面硬化处理所选择的激光类型主要取决于零件本身，绝大多数硬化应用需要使用连续光束，例如绝大多数工业工具上使用的轨道的硬化。
部分精密/微小零件的硬化需要使用脉冲激光。
通常任何激光都可用于硬化处理，主要看它们能否达到所要求的硬化深度和硬度。
图3展示了激光表面处理的应用。
图3.激光表面处理的应用
三、国内高功率光纤激光应用实例
北京工业大学激光工程研究院和宝钢股份宝钢分公司采用IPG YLR一6000光纤激光器对宝钢生产的汽车用700Mpa1.5mm厚高强钢板进行了焊接试验，并对焊接样品的焊接区和母材进行显微组织分析。
结果表明焊接区域经过激光快热快冷后形成均匀细小的等轴晶，平均晶粒尺寸较母材细小。
对焊接后样品进行力学性能测试，试样的断裂位置为母材，表明焊接对母材的力学性能的影响不大，可以使用光纤激光实现车用高强钢的高质量焊接。
目前华工法利莱推出技术领先的三维光纤激光切割机，通过龙门固定倒挂机器人或立式固定机器人底座、光纤激光器柔性传输高品质的激光到切割头、独立开发的PLC集成控制机器人、激光器等部件对汽车三维零件进行异形加工。
该设备主要生产零件厚度在
0.5-2mm，具有方便三维零件的加工、投资成本低、使用成本维护低、操作简单等特点。
法利莱三维激光切割机打破了国外对这块市场的垄断，取得了重大的技术突破，填补了国内空白，它代替了传统的加工方式，降低了模具投资，大大缩短了汽车制造商和零部件配套商的开发周期，提高加工效率和切割工件的精度，降低了生产成本。
图4为法利莱的三维激光切割机。
图4 .法利莱三维激光切割机。