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激光二極管泵浦固體激光器的發展與應用



  由於二極管泵浦激光器具有可獲得圓鋸機高功率、高光束質量輸出、熱效應小、效率高和器件結構緊湊等優點,成為信息技術的關鍵器件。其應用範切割機圍之廣、波長覆蓋範圍之寬、發展速度之快都是其他類型的激光器所不能比擬的。

  目前,二極管泵浦固體激光器應用的領域非常的廣泛,如軍事、醫學、工業等眾多領域。

  在軍事領域的應用:隨著激光器輸出功率的不斷提高,光束質量的逐步改善,DPL在軍事領域的應用越來越廣泛。隨著關鍵技術取得重大突破,高能激光器武器成為一種具有直接殺傷力的新型武器。2002年美國成功將0。5kW全固態激光器裝載在機動戰車上,用於軍事掃雷,名為宙斯的掃雷戰車憑借其體積小、安全性、高可快速移動性、掃雷速度快受到美國軍方的好評。高功率激光武器具有精度高、速度快、低污染、機動靈活等優點,在光電對抗、激光軟硬殺傷、激光致盲電離子切割機等領域有廣泛的應用前景。美國軍方在軍事發展規劃中制定了對各平台高能激光武器的發展戰略,包括地基、天基高能激光武器發展規劃、艦載高能激光武器發展規劃和機載高能激光武器發展規劃。美國空軍的機載激光技術和陸軍機動戰術高能激光計劃都看好二極管泵浦激光器,並先以20kW為階段目標,再實現100kW的目標。

  在醫療領域的應用:激光在皮膚美容、口腔科、耳鼻喉科、外科、眼科、神經外科、心血管科等得到了廣泛的應用。激光治療儀器的優點是:精確、可控,處理過的創面創傷小、出血少、非接觸無感染,並且對切口周圍組織的損傷程度極小。醫用激光器主要要求穩定和使用壽命較長。通過倍頻和混頻,LD或者閃光燈泵浦的Nd:YAG激光器可以實現多波長轉換,通過光纖傳輸進行外科手術。但是由於固體激光介質的熱致畸變和閃光燈的老化將導致光強具有較大起伏,使得它的光束質量變差,而且需要使用龐大的供電和水冷系統,這些都限制了它的使用範圍。由於生物組織的80%由水組成,LD泵浦摻Er、Tm、Ho,波長在2~3nm的中紅外固體激光能被生物組織強吸收,滲透深度比較淺,也不會發生炭化現像和引起分子鍵斷裂,是心血管手術和近視眼開刀的理想醫用激光器。未來醫療激光設備將向著更高能量、更易於操作、更穩定、更精密等植釘機方向發展。

  在工業加工領域的應用:DPL在激光加工領域的應用主要有激光焊接、切割、快速成型和表面處理等。許多發達國家的加工行業進入了激光加工時代。如德國的激光加工裝備一直處在世界領先地位,尤其是在汽車配件和汽車制造行業中,廣泛采用激光加工技術。福特汽車在1973年就率先將激光焊接系統引入了其汽車組裝線並使用於焊接汽車車身底板。在日本整個加工制造業的10%以上都是激光加工,日產汽車利用激光的光束處理鋼板表面然後進行噴漆處理,不僅讓車體表面的光澤度提高了,而且油漆不容易脫落。美國福特汽車、意大利菲亞特汽車、通用汽車等都在切割焊接環節使用了激光器系統。目前二氧化碳激光器和燈泵固體激光器普自動化設備遍在高功率激光加工中采用,由於價格因素的限制,高功率全固態激光器的應用剛剛起步。國內高功率激光應用於工業加工起步晚,但發展很快,高功率全固態激光器用於工業加工將帶來巨大的經濟和社會效益,大幅度提升我國工業加工的國際競爭力。由於在軍艦、航母、潛艇等船舶的器制造過程中,需要對各種復雜形狀的厚鋼板進行切割、焊接和表面處理等加工。近年來,歐美等發達國家將固體激光的加工技術引入了船體的分段制造、拼接總裝制造的過程中,並且廣泛采用了激光焊接的精密網狀合金鋼結構來加強船體並減輕重量的技術。采用激光加工技術能大幅度提高加工強度、制造精度和生產效率。隨著全固態激光器的功率的不斷提高、價格不斷下降以潛伏焊設備及新工藝、新材料的湧現,全固態激光器加工技術將會更多的被應用到加工領域,逐漸替代傳統的燈泵激光器和氣體激光器。



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