一文读懂数字化光纤激光器

2023年10月17日

一、数字化光纤激光器概念

一个激光脉冲主要有三个参数：峰值功率、脉冲能量、脉冲时间波形。在激光与材料相互作用时，峰值功率密度决定材料的物理状态（如加热、熔化、气化、等离子态等）；能量密度决定材料处在哪种物理状态的质量有多少；脉冲波形决定材料的升温、保温、降温的速率。

在华中科技大学相关团队指导下，鞍山华科大激光科技有限公司研制的数字化光纤激光器是采用高功率激光调制器和高光束质量光纤激光器相结合，使激光输出的峰值功率、脉冲能量、脉冲波形精密可控的一种新型激光器。（如图1所示）

图 1 数字化光纤激光器原理图

二、主要技术指标

最大输出平均功率：3kw，

光束质量：M2≤1.5，

最大调制脉冲频率：1MHz，

输出脉冲波形：任意（由控制信号脉冲波形决定），

具备脉冲串输出功能。

（如图2所示）

图 2 数字化光纤激光器输出特性

三、应用

1. 激光微熔二维码标记

将数字化光纤激光器的脉冲能量和峰值功率精密控制，并将脉冲波形设为正弦波，可在碳钢板上获得一致性好的微熔凸点，由这些微熔凸点构成点阵二维码。此标记技术可替代激光深度标刻，广泛应用在中厚钢板或大型零件的数据追溯中，也可应用到盲文的制作中。

图3 数字化光纤激光器微熔凸点

图4 数字化光纤激光器微熔凸点二维码标记

2. 激光岩板切割

将数字化光纤激光器的脉冲能量和峰值功率精密控制，并将脉冲波形设为方波，控制好脉冲重复频率，即可切割岩板。

图5 数字化光纤激光器切割的岩板

3.氧化铝、氮化铝陶瓷打孔、切割、划线

图6 数字化光纤激光器对氧化铝陶瓷的打孔、切割

4. 薄金属板激光精密焊接、打孔、切割

数字化光纤激光器可在控制激光脉冲能量时，保持激光脉冲的峰值功率不变，也可在改变激光脉冲峰值功率时，保持激光脉冲能量不变，优于市场上的QCW脉冲光纤激光器；在高频调制时，调制脉冲的上升沿、下降沿和调制频率等，均优于连续激光器的调制功能。因而，现有基于脉冲或连续光纤激光器的激光精密焊接、打孔、切割等应用，都可采用数字化光纤激光器，以获得更好的加工质量、效率和成品率。

5. 激光增材制造

利用数字化光纤激光器输出波形任意可控的特点，对激光增材制造过程中瞬时温度场特别是冷却温度梯度的精确控制，减少微裂纹萌生及实现对复杂形状零件显微组织均匀稳定性的调控，可解决高温合金增材制造中微裂纹萌生及显微组织稳定性控制等难题，提升激光增材制造用高端装备开发的技术水平。

总之，数字化光纤激光器在波形控制、能量控制、峰值功率控制等方面都优于现有的连续光纤激光器的电源控制和QCW脉冲光纤激光器，在激光精密打孔、标记、焊接、3D打印中有广泛的应用。

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