光纖導(dǎo)光系統(tǒng)的原理和要求是什么？光纖導(dǎo)光系統(tǒng)系統(tǒng)簡介

2023-01-17 09:34:55來源：環(huán)球傳媒網(wǎng)

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導(dǎo)光光纖（光纖導(dǎo)光系統(tǒng)系統(tǒng)簡介）

(相關(guān)資料圖)

光學(xué)導(dǎo)光系統(tǒng)

光學(xué)導(dǎo)光系統(tǒng)的作用是將激光器輸出的激光引導(dǎo)到聚焦系統(tǒng)或勻光系統(tǒng)。常用的導(dǎo)光系統(tǒng)有光纖導(dǎo)光系統(tǒng)、多關(guān)節(jié)式導(dǎo)光系統(tǒng)等。

光纖導(dǎo)光系統(tǒng)的原理和要求

光纖是利用光的全反射原理傳輸光能。光纖是圓柱形光波導(dǎo)，纖芯折射率n1大于包層折射率n2,光線在子午面內(nèi)由光纖端面進入到光纖纖芯，并以人射角0人射到纖芯和包層界面時，若入射角0大于臨界角。0=n2/n1,則發(fā)生全反射，在纖芯中繼續(xù)不斷地全反射，以鋸齒形狀在光纖中傳輸，從另一端折射輸出。對于光纖端面上的入射角φ·存在一個最大值c,可由全反射條件和臨界角關(guān)系給出：

當(dāng)φ>4m時，光線將透過界面進入包層，向周圍空間產(chǎn)生輻射損耗，光纖則不能有效地傳輸光能，通常將nsing彌為光纖的數(shù)值孔經(jīng)（NA)。

稱為纖芯和包層的相對折射率差，一般光纖的為0.01~0.05,若光纖所在介質(zhì)為空氣（no=1),則數(shù)值孔徑（VA)一定小于1。

普通光纖是以SiO?為基質(zhì)材料，可以很好地透過波長為1.06um的YAG激光，但是對波長為10.6μm的CO?激光不透明，目前在研究將鹵化物材料用來作為傳輸CO?激光的光纖材料。激光加工用的光纖與普通光通信用光纖不同，需要傳輸高功率激光，要求能承受高功率密度。

一般芯徑較大，為幾百至上千微米。例如，用芯徑為600μm的光纖傳輸1kW的激光時，功率密度可達3x105 W/c㎡.可以滿足焊接和切割等激光加工的要求。雖然光纖可以傳輸連續(xù)和脈沖激光，但由于調(diào)Q激光和鎖模激光的峰值功率太高。容易把光纖端面損壞。所以一般調(diào)Q激光和鎖摸激光不能用光纖傳輸。必須采用轉(zhuǎn)動反射鏡提高損傷閾值的多關(guān)節(jié)式導(dǎo)光系統(tǒng)，另外應(yīng)當(dāng)注意光纖端面保持干凈，否則再灰塵在強激光照射下很快汽化，容易將光纖端面損壞、嚴重影響加工質(zhì)影響光纖傳輸?shù)囊蛩匕ü饫w的數(shù)值孔徑、纖芯的尺寸、纖芯和包層的相對折射率差、光斑尺寸、激光功率、光纖端面質(zhì)量、連接隅合、光纖長度等參數(shù)。

光纖導(dǎo)光系統(tǒng)的優(yōu)點

①光纖傳輸系統(tǒng)比透鏡、反射鏡、校鏡等系統(tǒng)體積小，結(jié)構(gòu)簡單，柔性好，靈活方便，可以加工常規(guī)系統(tǒng)不容易加工的部位。

②光纖傳輸系統(tǒng)容易實現(xiàn)一臺激光輸出，輪流或同時導(dǎo)向多個加工部位。

③采用光纖可以遠距離傳輸，光束不發(fā)散。

④采用光纖可顯著改善加工光束的均勻性，使加工區(qū)域的邊緣清晰。

⑤光纖便于與機器人或其他元件耦合，給各種應(yīng)用帶來了方便。

但由于光纖傳輸存在光纖端面的反射損耗、光纖的吸收損耗、散射損耗等，所以光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸效率約為90%.目前光纖導(dǎo)光系統(tǒng)僅可用于波長為1.06um的Nd:YAG激光器的導(dǎo)光系統(tǒng)，波長為10.6μm的CO?激光器因熱損嚴重，一般不采用。

多關(guān)節(jié)式導(dǎo)光系統(tǒng)

多關(guān)節(jié)式導(dǎo)光系統(tǒng)是將多個光學(xué)關(guān)節(jié)組合在一起，形成光學(xué)關(guān)節(jié)臂，其輸入端固定，輸出端由外部操作，可以按任意方位到達任何需要加工的位置。光束經(jīng)過多關(guān)節(jié)式導(dǎo)光系統(tǒng)后，在導(dǎo)光光路長為2m時，出射光束相對于光軸中心的偏移量可做到士1mm以內(nèi)，每一個拐彎處都是一個45°的轉(zhuǎn)動反射鏡，即反射鏡繞入射光軸線轉(zhuǎn)動，以改變光束的方向。多個轉(zhuǎn)動反射鏡的組合，將光束傳播至所需加工的任意部位。每個反射鏡一般鍍有高破壞閾值的45°全反射介質(zhì)膜，以便盡可能多地將光束能量傳播到加工部位，并防止被激光打壞。

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