高功率二极管激光器hpdl成功用于激光加工

过去的几年中，高功率二极管激光器（hpdl）已被成功地应用于工业生产中。除了用做固态激光器的泵浦源以外，它们还被用于材料加工中，例如焊接、软钎焊和热处理。此前，千瓦级的系统更为重要，因为它们可被用于金属薄片的焊接以及局部回火。而目前，更多的微型加工应用利用了功率为 500w的hpdl来进行加工。hpdl的光束质量高而且聚焦光斑小，这些特点让hpdl成为一项深具潜力的加工手段。
二极管激光器可被用于直接加工中，或者以光纤耦合系统的形式应用到加工中。用于直接加工的激光光斑为矩形焦斑，而光纤耦合系统中常见的是轴向对称的光束。对于功率在150w范围内的激光器来说，人们更多地使用被动制冷的光纤耦合激光系统。在半导体中产生的热量经过一个大型铜制散热片进行散热。对于散热片的冷却来说，可以使用电热元件，或者工业水冷系统。
被动式制冷的二极管激光器优势在于它的设计简洁，而且所需的维护量很少。水冷二极管激光器需要使用的制冷剂，在被动式制冷的二极管激光器就不需要使用。在多数情况下，因为使用了大型散热器，所以被动式制冷的二极管激光器无法得到直接输出的激光，激光辐射必须通过光纤来传输，光纤直径在400到800m。这类系统得到的焦斑直径约在600到1200m，工作距离为100mm。在一些特殊应用中，也可以降低激光功率得到直径更小的光斑。由于二极管激光器的光束质量高，因此若使用200m的光纤，在工件上可以达到约22w的激光能量。若使用焦距更短的透镜，焦斑直径可达120m。
在直接加工应用中，若所需的激光功率大于150w，可以使用主动冷却型激光器。这样，冷却水的质量就变得非常重要。所有相关的参数都必须通过集成探测器的检测，以确保系统的正常运转。
应用和机遇
除了二极管的技术设计外，实际的应用场合决定了焦斑的大小和几何形状。线状焦斑比圆形焦斑更适合进行热处理。而矩形焦斑只有在对其参数进行严格限制的情况下，才可以被用于轮廓加工。二极管激光器设计简洁，其传感器可以直接被集成到聚焦头，以便进行加工控制。在生产过程中使用高温计和ccd摄像头有助于对生产过程进行设置、控制和存档。利用这些设备，技术人员甚至可以修复产品缺陷，从而令加工的质量更为可靠。
近几年来，人们更加重视利用激光透射来焊接聚合物塑料。与传统技术（例如热焊接、超声波焊接、振动焊接技术等）相比，激光焊接的优势在于能量传输无需直接接触，而且其热影响区域小。根据应用情况的不同，可以使用不同的方式来焊接，比如掩膜焊接、轮廓焊接、同步焊接或者准同步焊接。光纤耦合二极管激光器的光束质量很高，使得准同步焊接中扫描光学元件的使用成为可能。
在聚合物塑料的焊接中，选择合适的激光波长是很重要的。在多数情况下，吸收率是由塑料中的添加剂决定的，比如塑料中的色素或者颜料，而不是由聚合物基体材料决定的。聚合物生产商提供了各种各样不同颜色的塑料，用于激光透射焊接。大部分添加剂对于激光的吸收范围比较窄。而且这些吸收范围并不能覆盖标准的激光波长范围（808，940和960nm）。
hpdl在工业中的应用首先是对金属的热处理。应用实例包括导向杆的硬化处理、扭转弹簧的热处理；在这两项应用中，激光能量输入的局域化和可控性是巨大的优势。目前的hpdl技术已经能够加工外形很小的物体，而且准确性高，这就开拓了更有价值的应用前景。
对于标签生产，具有微米级刀口的冲压工具已经被集成到印刷机上。这些刀口必须进行硬化处理，而且在处理的过程中，必须避免刀口背面的材料也被加热。因此，为了实现刀口上的均一硬化，集成了高温计的hpdl被用来进行加工。该激光系统在一个闭合的回路上加热，以保持刀口上的温度不变。