![各种激光工作模式的峰值功率表。](https://cdn.ipgphotonics.com/f08ad31a-e628-4ead-ba25-b12a00ff1227/Wavelength_Graphic_JPG1920.jpg?disable=upscale&width=1190&format=jpg)
激光运行模式
激光器可以发射连续光束,输出稳定的平均功率流--这种模式被称为连续波(CW),是常见的激光工作模式。激光器也可用于脉冲工作模式。脉冲激光器的特点是每秒脉冲数(重复率)、激光脉冲的总能量(脉冲能量)、脉冲达到的峰值功率以及每个脉冲的长度(脉冲持续时间)。
与 CW 激光器一样,脉冲激光器在一段时间内的输出功率表示为平均功率。即使脉冲激光器的平均功率与 CW 激光器相当,它们对目标材料的影响也是不同的。脉冲激光通常用于加工零件,同时尽量减少对周围材料的热影响,或者在需要更高的峰值功率时使用。长脉冲准连续波(QCW)激光器利用以毫秒为单位的脉冲和较高的峰值功率,以较低的热输入和较低的激光功率模拟 CW 激光加工。纳秒和超快(皮秒/飞秒)激光器利用极短的脉冲,适用于不能接受过多热量输入或需要极高峰值功率的精密加工应用。
一般来说,CW 激光器的平均功率更高,因此加工速度也更快。在决定使用 CW 激光器还是脉冲激光器时,需要考虑很多因素,但重要的往往是在产量和零件质量之间取得平衡。许多应用(如金属板材切割)都受益于高功率 CW 激光器,因为它可以大大提高切割速度,而且不需要完美无瑕的边缘质量。但在切割成堆的超薄金属箔时,通常会使用纳秒和超快脉冲激光器,以确保出色的边缘质量,并减少或消除负面的热效应。
![多模和单模激光束轮廓示例。](https://cdn.ipgphotonics.com/6f4c1840-f14e-482b-b34d-b1260123bad4/Single-Mode-Beams_Web_PNG1000.png?disable=upscale&width=1040&format=jpg)
左图:光斑尺寸较大的多模 光束剖面图。右图:光斑尺寸较小的单模 光束剖面图。
激光光斑尺寸和光束质量
当激光束与目标材料接触时,会形成一个激光光斑区域。光斑大小(通常以微米为单位)是决定激光如何与目标相互作用的关键因素。光斑大小可以通过多种方式进行控制,包括使用不同的传输光纤和聚焦透镜、改变光束传输与目标之间的距离以及使用更长或更短的波长。
减小光斑尺寸可以将激光束的能量集中在更小的区域内,从而更有效地利用激光功率。更高的能量密度可以缩短激光束穿透材料的时间,从而提高加工速度。对于各种微加工应用和需要精细特征的部件来说,小光斑尺寸也是必不可少的。不过,对于结构焊接等许多应用而言,增大光斑尺寸是加工更大区域和减少所需光束行程的更佳选择。
Beam quality, typically measured in M2 for single-mode lasers (typical spot size: 20 to 50 µm) and Beam Parameter Product (BPP) for multi-mode lasers (typical spot size: 100+ µm), is an important and complex laser parameter that, in practice, represents how much a laser beam can be focused. Lower M2 and BPP values correspond with higher beam qualities. A beam quality of M2 = 1 means that the beam experiences no divergence and is considered perfect. Although this is not quite achievable with actual devices, industrial fiber lasers can reliably achieve beam qualities of M2 =< 1.1. For applications that require strongly focused beams like cutting, drilling, and welding, higher beam qualities improve processing speeds and qualities. Some applications, like wide area laser heat treatment and cleaning, do not require particularly high beam qualities, instead benefitting from less focused laser energy.