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4楼
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发表于 2014-9-5 10:53:37
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激光加工用光学系统 在激光加工中,激光器输出的激光经过导光系统、聚焦系统或匀光系统等光学系统,照射到被加工工件上,以满足加工的要求。根据加工的不同要求,选择相应的激光波长、输出功率、运转形式(连续或脉冲)、激光模式等,所需的激光元器件也不同。合理选择激光光学元件和光学系统是保证加工质量的重要因素。
1.激光光学元件
1)透射型光学元件
激光雕刻切割机激光器的输出镜、聚焦系统的透镜、光路中的棱镜等均为透射型光学元件。用于透射型光学元件的材料应在工作波段有良好的透过率。在激光加工常用激光器中,co2激光器输出波长为10600nm的红外光,不能透过普通光学玻璃,一般情况输出功率也很高,因此,需要特殊的输出窗口和透射光学元件材料;NdsYAG激光器输出波长为1064nm的红外光,可以采用普通光学玻璃作为输出窗口和透射光学元件材料,采用最多的材料是硅酸硼冕牌玻璃,其透光波段为0.4~1.4um,被广泛用来制作透镜、反射镜、棱镜等。
常用的C02激光透射材料有3种半导体材料:锗(Ge,对10600nm波长的折射率n=4)、砷化镓(GaAs,对10600nm波长的折射率n=3.277)、砸化锌(ZnSc,对10600nm波长的折射率M=2.4)。前两者对可见光不透明,后者对可见光的黄光和红光部分透明,用其制作输出窗口时,可用氦氖激光器的红光作为准直光来调光路。锗在超过35℃以上时吸收率和透过率将发生明显变化,这将严重影响到激光器的输出功率和稳定性,因此,锗材料只能用于小功率激光器,并且窗口还需水冷。砷化镓的热破坏温度最高,适用于髙功率激光器。绝大多数材料的吸收率随温度的升高而增大。半导体材料对红外光的吸收主要是自由载流¥吸收,吸收随温度上升按指数规律增加。材料吸收红外光后产生热量,半导体内自由载流子受热产生运动又增加了对红外光的吸收,如此循环,当温度升到破坏阈值时,窗口或透镜等透射元件将产生热破坏。由于砸化锌不仅对可见光透射,而且吸收率最低,因此,我国的高功率co2激光器多采用砸化锌制作窗口和聚焦透镜。
也可以采用氯化钾(KC1)或氣化钠(NaCl)作为CO2激光的透射材料,它们属于碱金属类红外材料,吸收率很低,对10600nm波长的折射率为1.5,折射率温度系数为负值,由热畸变引起的热透镜效应很小,对可见光透明。但其线胀系数大,热导率小,机械强度低,易潮解。
无论是Nd:YAG激光采用普通冕牌光学玻璃作为输出窗口和透射光学元件材料,还是CO2激光采用锗、砷化嫁、砸化锌作为输出窗口和透射光学元件材料,材料本身的透过率均不能满足要求,必须在两个表面镀介质膜或金属膜。 |
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