對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，使用準(zhǔn)連續(xù)（QCW）光纖激光器的原因有許多，例如光纖激光器結(jié)合了一臺(tái)脈沖Nd:YAG激光器的鉆孔和焊接優(yōu)勢(shì)以及一臺(tái)CO2激光器的切割能力。

采用傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這些加工性能的組合，所以在過(guò)去許多公司同時(shí)擁有CO2激光器和Nd：YAG激光器來(lái)應(yīng)對(duì)更廣泛的加工需求和應(yīng)用。QCW光纖激光器可以在脈沖和連續(xù)（CW）模式下工作，所以單個(gè)激光器便可以處理過(guò)往需要兩個(gè)不同的激光器才能完成的各種加工任務(wù)。

今天，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的光纖激光器正全天候應(yīng)用于不計(jì)其數(shù)的行業(yè)和領(lǐng)域。在許多材料加工應(yīng)用中，這些激光系統(tǒng)正在快速替代Nd：YAG 激光器和CO2激光器的作用。除此外，企業(yè)正在替換現(xiàn)有生產(chǎn)線上的舊激光器，同時(shí)確保其現(xiàn)有設(shè)備的停產(chǎn)損失被降至最低。

為何選擇QCW光纖激光器？

準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器如今已成為現(xiàn)代制造工廠的一部分。

這類激光器可以同時(shí)在連續(xù)和高峰值功率脈沖模式下工作。與傳統(tǒng)的連續(xù)（CW）激光器不同，其峰值和平均功率在CW和CW/調(diào)制模式中總是相同的，而QCW激光器在脈沖模式下的峰值功率要比平均功率高出10倍。

因此，這樣能夠在從幾十赫茲到幾千赫茲的重復(fù)頻率下產(chǎn)生具有高能量的微秒和毫秒脈沖，并且可實(shí)現(xiàn)數(shù)千瓦的平均功率和峰值功率。

耗材和維護(hù)要求

圖1顯示的是一臺(tái)典型的光纖激光諧振器。它是一種固態(tài)激光器，配置了永久密封連接的連續(xù)光纖以防止灰塵和污垢的產(chǎn)生，并且不含移動(dòng)部件或自由空間鏡片，諧振器無(wú)需做任何調(diào)整，沒(méi)有耗材，也不需要維護(hù)。

圖1：光纖激光器是一種固態(tài)激光器，配置了永久密封連接的連續(xù)光纖以防止灰塵和污垢的產(chǎn)生，并且不含移動(dòng)部件。

這些特點(diǎn)有助于確保激光器的性能，從而使其在多年的操作中保持穩(wěn)定性和一致性。在沒(méi)有消耗性部件的情況下，輸出功率沒(méi)有衰減，激光輸出的光束質(zhì)量也維持不變，并且也不再需要技術(shù)人員做定期調(diào)整，以保持激光加工系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

電光轉(zhuǎn)換效率

電光轉(zhuǎn)換效率（WPE）是指激光器將消耗的電能轉(zhuǎn)換為光輸出功率的效率指標(biāo)。

QCW光纖激光器的固態(tài)光纖諧振器基于其較大的表面積/體積比而能有效散熱，從而在被動(dòng)式冷卻方案下能夠?qū)崿F(xiàn)大于30%的電光轉(zhuǎn)換效率。由于QCW光纖激光器與其它激光系統(tǒng)相比，可提供十倍的WPE增量，所以也不難理解為何近幾年來(lái)這類激光器的接受度得到迅速擴(kuò)張。

顯著降低的電力費(fèi)用，再加上沒(méi)有消耗品，沒(méi)有零配件以及低維護(hù)需求，沒(méi)有預(yù)熱時(shí)間要求，最終帶來(lái)相當(dāng)大的成本優(yōu)化。

典型規(guī)格和加工能力

QCW光纖激光器在微秒至毫秒的脈寬下提供數(shù)焦耳到數(shù)十焦耳的脈沖能量。它們還在高達(dá)50KHz的脈沖重復(fù)頻率下提供高出幾倍的最大平均功率（從150W到超過(guò)2kW）。此外，QCW激光器還能夠在CW/調(diào)制模式下工作，占空比高達(dá)100％。

例如，一臺(tái)20kW峰值功率的QCW光纖激光器可以在CW或脈沖模式下以2kW功率運(yùn)行，并且在100Hz的重復(fù)頻率下產(chǎn)生200焦耳的脈沖能量，1kHz下產(chǎn)生20焦耳脈沖，或在5kHz的重復(fù)頻率下產(chǎn)生4焦耳的脈沖能量。

由于其較高的平均功率和脈沖重復(fù)頻率，QCW光纖激光器顯著提高了加工速度以及生產(chǎn)效率。例如，當(dāng)在航空部件上切割稀釋孔或窗口時(shí)，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)和材料厚度，大多數(shù)激光器的切割進(jìn)給速率為5至10IPM。然而，當(dāng)使用QCW光纖激光器切割同一部件上的相同孔洞時(shí)，其進(jìn)給速率則能達(dá)到20-30IPM，甚至更高。

操作模式，脈沖調(diào)制和整形

QCW光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠快速增加和降低功率水平，并且可以在線從脈沖模式切換到連續(xù)運(yùn)行模式。鑒于光纖諧振器中沒(méi)有熱透鏡以及泵浦二極管的快速響應(yīng)，這是可以實(shí)現(xiàn)的，但如果使用閃光燈泵浦激光器便無(wú)法做到這一點(diǎn)。

單個(gè)QCW光纖激光脈沖可以使用模擬控制或內(nèi)部脈沖發(fā)生器進(jìn)行調(diào)制，以實(shí)現(xiàn)任何特定應(yīng)用所需的最佳時(shí)間脈沖形狀。操作員還可以使用定制的重復(fù)頻率和功率調(diào)制對(duì)所需的脈沖序列進(jìn)行預(yù)編程。

當(dāng)處理復(fù)雜零件（例如銳角和窄孔）或是高反及敏感材料時(shí)，操作員可以實(shí)時(shí)控制脈寬、占空比、頻率、脈沖能量和平均功率。QCW激光器為整形脈沖的產(chǎn)生提供了卓越的脈沖整形功能，其調(diào)制能力超越其它技術(shù)。

水冷機(jī)保養(yǎng)

大多數(shù)的非光纖激光器必須使用大型水冷機(jī)進(jìn)行水冷，這需要定期進(jìn)行日常維護(hù)。去離子（DI）濾芯、顆粒過(guò)濾器以及去離子水必須定期更換（通常每六個(gè)月更換一次），以防止水污染。如果冷卻水的質(zhì)量無(wú)法得到保障和維持，激光效率便會(huì)降低，并且光學(xué)元件也可能被損壞。

因而，公司必須儲(chǔ)存閃光燈、去離子濾芯、顆粒過(guò)濾器和去離子水，并且安排定期的停機(jī)時(shí)間來(lái)保養(yǎng)激光器。然而，光纖激光器消除了這些消耗和維護(hù)問(wèn)題；無(wú)需更換光學(xué)部件或閃光燈，同時(shí)與這些問(wèn)題息息相關(guān)的保養(yǎng)和停機(jī)等事宜也一并得到消除。

許多光纖激光器采用空氣冷卻方式，不需要水冷機(jī)。QCW光纖激光器高達(dá)4.5kW的峰值功率可以提供空氣冷卻，無(wú)需水冷機(jī)。

正常運(yùn)行時(shí)間和可重復(fù)性

采用傳統(tǒng)技術(shù)的激光器通常需要一段預(yù)熱時(shí)間來(lái)穩(wěn)定諧振器，并確保正確的激光功率持續(xù)被傳送給工件。

不進(jìn)行加工時(shí)，這些激光器通常在待機(jī)模式下運(yùn)行，只有燈泵浦持續(xù)閃爍工作以確保諧振器的穩(wěn)定性能。在這種情況下，即使激光器沒(méi)有用于生產(chǎn)部件，但閃光燈的壽命和使用期限始終在流逝。

相較之下，光纖激光器由固體二極管進(jìn)行泵浦，因此當(dāng)激光器不使用時(shí)可以完全關(guān)閉，并且能夠在無(wú)需預(yù)熱時(shí)間的情況下即可獲得正確的激光功率。由于光纖激光器只有在工藝準(zhǔn)備就緒時(shí)才被打開(kāi)，因此可實(shí)現(xiàn)更高的正常運(yùn)行時(shí)間，電效率以及產(chǎn)量。

光束波形的靈活性

根據(jù)具體的應(yīng)用，QCW光纖激光器可選擇單�；蚨嗄］敵龇绞�。為了切割非常薄的材料或需要小光斑尺寸的應(yīng)用，單模將成為合適的選擇。然而，大部分的大功率應(yīng)用都會(huì)使用平頂光或多模模式（參見(jiàn)圖2）。

圖2：?jiǎn)文９饫w激光束形狀（上圖）多模平頂光束形狀（下圖）

航空航天產(chǎn)業(yè)已經(jīng)證明，采用光纖激光器鉆出的孔能夠?qū)崿F(xiàn)一致的流動(dòng)特性。這得益于激光輸出以及平頂光束波形的重復(fù)性均得到改進(jìn)所致。使用QCW光纖激光器，在平頂光束形狀下，鉆出的孔的錐度較小。

無(wú)論是沖擊鉆孔還是環(huán)切鉆孔，平頂光束形狀通常會(huì)導(dǎo)致較小的錐度。相比較沖擊鉆孔，環(huán)切鉆孔的額外優(yōu)勢(shì)是重鑄層較小。光纖激光器不使用熱透鏡，光斑尺寸保持恒定，不隨功率的增加或減小變化。

單模高功率密度、高脈沖能量、高峰值功率和高重復(fù)頻率等優(yōu)勢(shì)的結(jié)合能夠使包括金屬、硅、氧化鋁，藍(lán)寶石和玻璃等在內(nèi)的門類廣泛的材料實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)能的激光微加工。

空間需求

光纖激光技術(shù)能夠在非常小的封裝中實(shí)現(xiàn)非常高的功率。這對(duì)大多數(shù)公司來(lái)說(shuō)是很有吸引力的，因?yàn)榧す馄鞯恼嫉孛娣e減少繼而導(dǎo)致既定的激光工藝所需的整體集成系統(tǒng)占用空間的減少。全球企業(yè)似乎一直在尋找能夠在更少的空間內(nèi)充塞更多東西的方法，而光纖激光器的低占用空間可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

操作光纖

不只是光纖激光器的諧振器具有長(zhǎng)而連續(xù)的光纖，光束也通過(guò)操作光纖被傳送到工件。無(wú)需校準(zhǔn)、維護(hù)和更換自由空間光學(xué)元件或鏡片。操作光纖配有快速斷開(kāi)的接頭，如果需要更換光纖，也不需要進(jìn)行光束校準(zhǔn)。

作者：Shawn Murphy ，IPG Photonics 公司東南亞區(qū)域經(jīng)理

Gary Loringer，Paradigm Precision 公司激光部門主管/ 工程師