光束传输系统的关键方面解析
发布时间：2023-11-10 10:16:19 阅读数： 31
在光电行业中，光束传输系统是实现精确激光加工的重要组成部分。本文将深入探讨光束传输系统在功率承载能力、光束路径设置、引导激光、指向稳定性、光束共享、封闭与密封、机械接口和更换部件等方面的关键要素。
目录
1. 功率承载能力
光束传输系统在功率承载能力上差异巨大。对于光脉冲，需要同时考虑平均功率和峰值功率。平均功率限制通常源于避免过热的需求，而过高的峰值功率可能导致光学元件，例如镜子上的光学击穿，进而导致光学组件的破坏。
对于任何类型的高功率光束传输系统，正确地引入输入光束至关重要。否则，由于即使是极小部分的光吸收也会导致部件严重过热，传输系统很快就会受损。这种过热会导致光学组件上沉积烟尘或者破坏光纤。如果可能，在安装传输系统后，应该从非常低的注入功率开始，并验证输出端能够获得大部分的功率。
一些多模光纤缆线，如果光纤芯的直径足够大，可以处理数千瓦的高平均功率，但在峰值功率方面受到显著限制，可能会触发不同类型的非线性效应。注意，这些效应可能限制了可用的光纤长度。此外，特别大直径的光纤在允许的弯曲半径方面灵活性大大降低。
在非常高的平均功率水平（例如数千瓦）下，可能需要对输出光学或更多部分进行水冷。
2. 固定或可移动光束路径
在某些情况下，建立一个固定的光束路径是足够的。在这里，可以将不同的工件移动到固定的光束焦点。然后，传输系统可以用简单的镜子和可能的一个或多个透镜来实现。也可能有一些调整功能用于确定确切的焦点位置——但不是在操作过程中，只是在最初的准备中。
在其他情况下，在系统操作期间需要自由修改光束路径。例如，在重型工件（如汽车部件）上进行快速激光切割或激光焊接操作，通过移动光束路径比移动重型部件更容易实现。根据应用，可能需要多达五个自由度（用于光束焦点的位置和光束方向）。
3. 引导激光
一些激光系统，例如用高功率红外光束进行激光材料加工的系统，使用可见的低功率引导激光，它与高功率光束重叠。其功能是在不使用额外仪器（如红外相机）的情况下使主激光束的位置可见。引导激光的光学功率相对较低（例如1毫瓦级别）通常就足够清晰可见。当然，应确保引导激光始终与主光束良好对齐，从而可靠地指示其位置。
4. 指向稳定性
根据光束传输系统的类型，激光源的光束指向波动可能是相关的。这在使用长的铰接镜臂时尤其是一个问题，对于光纤光学设备来说则较少。
5. 光束共享
昂贵的工业激光系统通常可以通过光束传输系统向两个或更多位置传输辐射来更好地利用。可以使用高功率光束分束器将激光输出分开，使大致相等的功率发送到不同的光纤缆线，例如，或者在不同输出之间切换输出（时间共享）。例如，在交换工件时，激光束可以在另一个独立的加工装置上用于另一个工件。
6. 封闭与密封
铰接镜臂的整个光束路径通常完全封装。这为光学元件提供了防止接触刮伤和防止灰尘进入激光束而引起的沉积物的保护。同时，它也保护操作员免受激光危害。在某些情况下，需要一个可靠密封的设备，例如在粉尘或有问题气体的环境中使用。另一种可能是使用一些干净的净化气体，例如干燥空气；这样的气体的稳定流动可以防止任何灰尘的侵入。
光纤缆自然提供了一些保护。在恶劣环境中使用时，可以应用改进的屏蔽。
7. 机械接口
例如，将铰接臂安装到激光系统上需要一个恰当的机械接口。各种设备在这方面与一系列工业激光器兼容，提供适当的法兰或类似手段以便附加到激光源。
8. 更换部件
与放置在坚固外壳中的光学元件相比，光纤传输系统在许多情况下更容易受损。（这特别适用于输出端。）因此，经常需要更换部件。拥有一个可靠的供应商非常重要，他们能够快速交付所需的部件，否则可能会导致实质性和昂贵的停机时间。此外，如果适当的机械能够轻松替换像镜子这样的组件而无需繁琐的重新对准，这可能会很有帮助。
