超脉冲技术在连续Nd:YAG激光切割中的应用

详细内容

1.概述

最近几年，GSI集团激光事业部在泵浦Nd: YAG光源的研发和应用方面进行了多项原创性研究，以发挥其最大性能。研发工作主要集中在大功率（400～2000W）、连续波长（CW）的激光系统。该系统除连续波长模式外，还可以工作在脉冲或可调输出功率模式下，与传统连续模式相比，峰值功率可提高两倍。GSI集团首先在20世纪90年代初提出这项技术，并成功地在焊接和切割领域获得应用。

Nd: YAG激光（CW）输出功率稳定，并且可以在平均功率的10%～ 100%范围内可调。GSI集团特有的SuperModulationTM（超脉冲）技术能够在无激光输出或在低平均功率时将部分能量储存在激光电源中，然后在激光输出或高平均功率时将能量传递到工作介质上，而产生如表1所示的两倍的峰值功率输出。因此，SM激光可以像其他激光一样工作在连续波长模式下，并且能够在峰值功率高于额定功率的情况下产生方波、正弦波或其他重复性输出，而此时仍可实现平均功率的全额输出。例如，矩形波输出暂载率为50%时，在激光的脉冲“接通”时间，输出功率值能够达到连续波长模式下的200%，因此平均输出功率和激光的全定额功率相等。典型的激光输出如图1所示。某些时候并不需要200%的激光调节，这取决于激光聚焦斑点的尺寸、和表面形成的夹角、所切割材料的厚度、合金的种类以及材料表面的电镀和镀锌涂层等因素。在切割镀锌钢板和铝合金等汽车工业所需的材料时，由于峰值功率的瞬间增长，使超脉冲激光具有一些特殊的优势。