激光振鏡場鏡原理(精).doc

光纖激光器原理：光纖激光器主要由泵浦源，耦合器，摻稀土元素光纖，諧振腔等部件構(gòu)成。泵浦源由一個或多個大功率激光二極管陣列構(gòu)成，其發(fā)出的泵浦光經(jīng)特殊的泵浦結(jié)構(gòu)耦合入作為增益介質(zhì)的摻稀土元素光纖，泵浦波長上的光子被摻雜光纖介質(zhì)吸收，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，受激發(fā)射的光波經(jīng)諧振腔鏡的反饋和振蕩形成激光輸出。光纖激光器特點光纖激光器以光纖作為波導(dǎo)介質(zhì)，耦合效率高，易形成高功率密度，散熱效果好，無需龐大的制冷系統(tǒng)，具有高轉(zhuǎn)換效率，低閾值，光束質(zhì)量好和窄線寬等優(yōu)點。并且，光纖激光器的諧振腔內(nèi)無光學(xué)鏡片，具有免調(diào)節(jié)、免維護(hù)、高穩(wěn)定性的優(yōu)點；超長的工作壽命和免維護(hù)時間，平均免維護(hù)時間在10萬小時以上。 光纖激光器原理圖1:峰值功率：脈沖激光器，顧名思義，它輸出的激光是一個一個脈沖，每單個脈沖有一個持續(xù)時間，比如說 10 ns(納秒)，一般稱作單個脈沖寬度，或單個脈沖持續(xù)時間，我們用 t 表示。這種激光器可以發(fā)出一連串脈沖，比如，1 秒鐘發(fā)出 10 個脈沖，或者有的就發(fā)出 一個脈沖。這時，我們就說脈沖重復(fù)(頻)率前者為 10，后者為 1，那么，1 秒鐘發(fā)出 10 個脈沖，它的脈沖重復(fù)周期為 0.1 秒，而 1 秒鐘發(fā)出 1 個脈沖，那么，它的脈沖重復(fù)周期為 1 秒，我們用 T 表示這個脈沖重復(fù)周期。 如果單個脈沖的能量為 E， 那么 E/T 稱作脈沖激光器的平均功率，這是在一個周期內(nèi)的平均值。例如， E = 50 mJ(毫焦)， T = 0.1 秒， 那么， 平均功率 P平均 = 50 mJ/0.1 s = 500 mW。 如果用 E 除以 t，即有激光輸出的這段時間內(nèi)的功率，一般稱作峰值功率(peak power)，例如，在前面的例子中 E = 50 mJ, t = 10 ns, P峰值 = 50 10(-3)/1010(-9) = 5106 W = 5 MW(兆瓦)，由于脈沖寬度 t 很小，它的峰值功率很大。脈沖能量E=1mj 脈寬t=100ns 重復(fù)頻率20-80K 脈沖持續(xù)時間T=1s/2k=？秒平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20WP峰值功率=E/t激光的分類：激光按波段分，可分為可見光、紅外、紫外、X光、多波長可調(diào)諧 ，目前工業(yè)用紅外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um紅外激光, 氪燈泵浦YAG激光器1.064um紅外激光, 氙燈泵浦YAG激光器1.064um紅外激光, 半導(dǎo)體側(cè)面/端面泵浦激光器1.064um紅外激光。激光器的種類分，可分為固體、氣體、液體、半導(dǎo)體和染料等幾種類型： （ 1 ）固體激光器一般小而堅固，脈沖輻射功率較高，應(yīng)用范圍較廣泛。如：Nd:YAG激光器。Nd（釹）是一種稀土元素，YAG代表釔鋁石榴石，晶體結(jié)構(gòu)與紅寶石相似。 （ 2 ）半導(dǎo)體激光器可以通過外加的電場、磁場、溫度、壓力等改變激光的波長，能將電能直接轉(zhuǎn)換為激光能，所以發(fā)展迅速。 （ 3 ）氣體激光器以氣體為工作物質(zhì)(主要為惰性氣體)，單色性和相干性較好，激光波長可達(dá)數(shù)千種，應(yīng)用廣泛。氣體激光器結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、操作方便。在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、精密測量、全息技術(shù)等方面應(yīng)用廣泛。氣體激光器有電能、熱能、化學(xué)能、光能、核能等多種激勵方式。 （ 4 ）以液體染料為工作物質(zhì)的染料激光器于 1966 年問世，廣泛應(yīng)用于各種科學(xué)研究領(lǐng)域?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的能產(chǎn)生激光的染料，大約在 500 種左右。這些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它們還可以包含在有機(jī)塑料中以固態(tài)出現(xiàn)，或升華為蒸汽，以氣態(tài)形式出現(xiàn)。所以染料激光器也稱為 “ 液體激光器 ” 。染料激光器的突出特點是波長連續(xù)可調(diào)。燃料激光器種類繁多，價格低廉，效率高，輸出功率可與氣體和固體激光器相媲美，應(yīng)用于分光光譜、光化學(xué)、醫(yī)療和農(nóng)業(yè)。 （ 5 ）紅外激光器已有多種類型，應(yīng)用范圍廣泛，它是一種新型的紅外輻射源，特點是輻射強(qiáng)度高、單色性好、相干性好、方向性強(qiáng)。 （ 6 ） X 射線激光器在科研和軍事上有重要價值，應(yīng)用于激光反導(dǎo)彈武器中具有優(yōu)勢；生物學(xué)家用 X 射線激光能夠研究活組織中的分子結(jié)構(gòu)或詳細(xì)了解細(xì)胞機(jī)能 ; 用 X 射線激光拍攝分子結(jié)構(gòu)的照片 , 所得到的生物分子像的對比度很高。 （ 7 ）化學(xué)激光器 有些化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生足夠多的高能原子，就可以釋放出大能量，可用來產(chǎn)生激光作用。 （ 8 ）自由電子激光器 這類激光器比其他類型更適于產(chǎn)生很大功率的輻射。它的工作機(jī)制與眾不同，它從加速器中獲得幾千萬伏高能調(diào)整電子束，經(jīng)周期磁場，形成不同能態(tài)的能級，產(chǎn)生受激輻射。 光分為可見光和不可見光:是根據(jù)人的肉眼是否能看到來劃分的。光的可見與不可見與光（或者說電磁波，光就是電磁波）的波長有關(guān)系，人眼能看到的電磁波的波長范圍是400nm到760nm，400nm左右的是紫色光，小于這個波長的人眼就看不到了，是紫外線。760nm附件的是紅色光，波長大于這個范圍，人眼也感覺不到也就是紅外線。波長為380780nm的電磁波為可見光?？梢姽馔高^三棱鏡可以呈現(xiàn)出紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色組成的光譜。紅色光波最長，640780nm；紫色光波最短，380430nm。 紅640780nm 橙640610nm 黃610530nm 綠505525nm 藍(lán)505470nm 紫470380nm 肉眼看得見的是電磁波中很短的一段，從0.4-0.76微米這部分稱為可見光。可見光經(jīng)三棱鏡分光后，成為一條由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色組成的光帶，這光帶稱為光譜。其中紅光波長最長，紫光波長最短，其它各色光的波長則依次介于其間。波長長于紅光的(0.76微米)有紅外線有無線電波；波長短于紫色光的(0.4微米)有紫外線 常見的可見光有:紅光、紫光常用的是：紅外和紫外，紅外的如：YAG燈泵浦，CO2，半導(dǎo)體側(cè)面/端面泵浦，光纖激光依據(jù)釋放能量的方式可分為：連續(xù)和脈沖激光，連續(xù)激光是以穩(wěn)定、連續(xù)的光束釋放出能量，如二氧化碳、CW光纖激光器。脈沖激光的能量是以脈沖的形式釋放的，即激光能量在一個固定的（也有可調(diào)節(jié)的）時間內(nèi)（脈沖寬度）釋放出來（稱為一個脈沖），而每個脈沖之間的時間是可控的，依據(jù)脈沖寬度，此類激光又可分為長脈沖激光（脈寬為毫秒級）和短脈沖激光（脈寬為納秒級），近年又出現(xiàn)了皮秒激光(1皮秒等于一萬億分之一秒(10E-12秒)。激光脈沖:指的是脈沖工作方式的激光器發(fā)出的一個光脈沖，簡單的說，好比手電筒的工作一樣，一直合上按鈕就是連續(xù)工作，合上開關(guān)立刻又關(guān)掉就是發(fā)出了一個“光脈沖”。SCAPS打標(biāo)卡功能介紹：1.USB1.1-2.0與連接，實時計算激光及振鏡信號，在線網(wǎng)格校正2.適用于幾乎所有激光器（位數(shù)字及2.5V/5V/10V模擬輸出）3.XY2-100數(shù)字接口和XYZ通道 4.6路光隔離I/O, RS232界面和用于飛行打標(biāo)時光電編碼器信號輸入。 5.通用二維打標(biāo) 6.XYZ三維運動平臺（硬件） 7.三維打標(biāo)系統(tǒng)（軟件） 8.雙頭及四頭打標(biāo) 9.脫機(jī)操作10.遠(yuǎn)程維護(hù)振鏡的原理：振鏡:是一種特殊的擺動電機(jī) ,基本原理是通電線圈在磁場中產(chǎn)生力矩 ,但與旋轉(zhuǎn)電機(jī)不同 ,其轉(zhuǎn)子上通過機(jī)械紐簧或電子的方法加有復(fù)位力矩 ,大小與轉(zhuǎn)子偏離平衡位置的角度成正比 ,當(dāng)線圈通以一定的電流而轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)到一定的角度時 ,電磁力矩與回復(fù)力矩大小相等 ,故不能象普通電機(jī)一樣旋轉(zhuǎn) ,只能偏轉(zhuǎn) ,偏轉(zhuǎn)角與電流成正比 ,與電流計一樣 ,故振鏡又叫電流計掃描振鏡,常簡稱為掃描振鏡.振鏡的原理是：輸入一個位置信號，擺動電機(jī)（振鏡）就會按一定電壓與角度的轉(zhuǎn)換比例擺動一定角度。整個過程采用閉環(huán)反饋控制，由位置傳感器、誤差放大器、功率放大器、位置區(qū)分器、電流積分器等五大控制電路共同作用。模擬振鏡容易受到周圍環(huán)境的電磁輻射干擾，所以在使用過程中會出現(xiàn)有散點，線條彎曲，填充具有不規(guī)則底紋等現(xiàn)象。 數(shù)字振鏡使用數(shù)字信號進(jìn)行運算來控制電機(jī)，能夠有效抑制環(huán)境干擾，即使工作環(huán)境電磁干擾嚴(yán)重，也可以正常使用。激光掃描振鏡工作原理：一束激光被兩片掃描振鏡反射，并且通過一片聚焦鏡。振鏡片在馬達(dá)的帶動下高速的來回延軸旋轉(zhuǎn),達(dá)到改變激光光束路徑的目的。在大多數(shù)情況下,最高偏轉(zhuǎn)角鏡是+12.5(+10往往是一個較安全范圍)入射角不能偏于45。 鏡片1（X軸）的寬度是由光束的直徑所決定的。鏡片2（y軸）的寬度應(yīng)該等于振鏡1的長度。鏡片2的長度就是光束打在第二個鏡片上時同S1的距離，和最大入射角q。光斑尺寸 光斑尺寸下限d (1/e2 亮度直徑) 相對于激光光束直徑D (1/e2)是d = 13.5QF/D mm例如：一束TEM00(Q=1) 的直徑是13.5mm(1/e2)用一個焦距100mm的理想聚焦鏡片，焦距出來的點的直徑是100mm（帶入一個實際數(shù)值Q=1.5, 焦斑尺寸應(yīng)該是150um.） 光的速度和光學(xué)畸變可導(dǎo)致聚焦點大小都大于最低衍射值。大尺寸范圍需要使用長焦距鏡頭。相反的，這會導(dǎo)致更大的聚焦點，除非把光束直徑大小， 振鏡大小，和鏡頭直徑全部加大。F-Theta鏡（平場聚焦鏡）原理F-Theta平場聚焦鏡是激光打標(biāo)機(jī)的重要配件之一，目的是將激光在整個工件標(biāo)刻平面形成聚焦。其性能指標(biāo)主要有以下幾條：1.掃描范圍。鏡頭能掃描到的面積越大，當(dāng)然越受使用者的歡迎。但是如果一味的增加掃描面積，會帶來很多的問題。如光點變粗，失真加大等等。2.焦距（跟工作距離有一定關(guān)系，但是不等于工作距離）。a.掃描范圍跟場鏡焦距成正比-掃描范圍的加大，必然導(dǎo)致工作距離的加大。工作距離的加長，必然導(dǎo)致激光能量的損耗。b.聚焦后的光斑直徑跟焦距成正比。當(dāng)掃描面積達(dá)到一定的程度后，得到的光點直徑很大，也就是說聚得不夠細(xì)，激光的功率密度下降非常快（功率密度跟光斑直徑的2次方成反比），不利于加工。c.由于