激光器的案例
校準激光器 | RP 系列激光分析設計軟件
<p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(0, 0, 0);">有一些激光設備針對對準目的進行了優化。通常，此類設備包含具有低或中等輸出功率和高光束質量的可見激光器。例如，它可以是紅色或</span>藍色激光二極管<span style="color: rgb(0, 0, 0);">或</span>綠色倍頻二極管泵浦固態激光器<span style="color: rgb(0, 0, 0);">。</span></p><p class="ql-align-justify"><br></p><p><strong>輸出光束形狀、光斑尺寸和光束發散度</strong></p><p><br></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(0, 0, 0);">準直激光器可以具有不同形狀的輸出光束。最常見的有以下幾種：</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(0, 0, 0);">·點激光器（或點激光器）用于標記單個點。</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(0, 0, 0);">·線激光器發射的光束在一個方向上基本上是拉長的，投射出狹窄的直線。這里，張角是一個額外的重要參數。</span></p><p class="ql-align-justify"><span style="color: rgb(0, 0, 0);">·十字激光（或十字準線激光）產生兩條垂直線。
展開 RP 系列激光分析設計軟件 | 激光器的穩定
無源方案穩定激光
無源方案不涉及電子設備，完全基于光學效應。例如:
同步兩個人的鎖模激光器 有可能通過交叉相位調制在一個克爾介質，其中兩個激光器的腔內 脈沖相遇。
激光器的頻率可以通過穩定的參考腔的光反饋來穩定。 (這也可以被認為是使用擴展的激光諧振器，是一種復合腔)。
通過克爾介質中的交叉相位調制，兩個鎖模激光器的同步成為可能，兩個鎖模激光器的內腔脈沖在克爾介質中相遇。 激光器的光頻也可以通過注入鎖定來穩定，即從另一個激光器注入具有高穩定光頻的光束。
展開 RP系列 激光分析設計軟件 | 光纖放大器與激光器建模第六部分
在脈沖放大器系統中，傳播時間通常可以忽略。
請注意，在這種情況下，我們可以放心地忽略傳播時間，即光通過放大器光纖傳播產生的時間延遲。即使脈沖持續時間比傳播時間短，光纖的不同部分在稍微不同的時間“看到”脈沖通常并不重要。畢竟，通常級別的生命周期要長得多。數值算法中使用的時間步長可以大于或小于傳播時間；它只需要足夠小以正確采樣所有時間特征，包括飽和效果。請注意，如果放大器增益被非常高的信號強度飽和，它會迅速下降。因此，數值步長可能必須遠低于亞穩態能級的壽命。
另請參閱我們的光纖放大器教程的第七部分，其中討論了光纖放大器在放大納秒脈沖方面的行為。
調Q激光器
在模擬調Q光纖激光器時，一些新的方面開始發揮作用。我們現在需要考慮傳播時間，因為激光諧振器的往返時間現在起著至關重要的作用。因此，我們需要大幅擴展算法：
對于 Q 開關激光器的建模，必須考慮光在諧振器中的傳播時間。
? 我們需要使用一個時間步長，它只是諧振器往返時間的一小部分。在一個時間步驟內，激光設備中的整個功率分布在空間上移動了設備長度的一小部分，同時受到增益或損耗的影響。
? 有源光纖外也可能存在時間延遲，因為激光諧振器可能包含附加部件，例如包含調制器（Q 開關）的自由空間區域。因此，至少對于激光來說，需要某種數值緩沖器來存儲對應于光纖外部位置的光功率值。
原則上，所需的方程和算法都不是很復雜。但是，由于各種“簿記”要求，實施有點繁瑣。
作為示例，我們可以使用軟件RP Fiber Power制作的調Q光纖激光器的案例研究。
圖 2： 輸出功率和鐿激勵與時間的關系。
圖 2 顯示了在打開該激光器后的前兩個脈沖周期內輸出功率和激發電平的演變。由此產生的脈沖形狀可能看起來非常令人驚訝。在單次往返時間內，功率會有很大的變化，這在 Q 開關體激光器中通常不會發生。
展開 RP Fiber Power 光纖激光器及激光器設計軟件—摻釔光纖激光器
該范例為摻釔光纖激光器的簡單模型。泵浦與信號光均在單模光纖內傳輸。
腳本程序中，通過插入對象函數set＿R（），將放大器模型轉換為激光器模型。設定光纖左端面對信號光（激光）全反射（光纖布拉格光柵效應），輸出光纖端面具有4％的反射率（裸纖端面的菲涅爾反射效應）。
在模型中需簡單定義激光波長。若無定義波長的光學組件，激光器通常輸出增益更大的工作波長。這是一個非常復雜的范例，可自動計算激光輸出波長。
Yb fiber laser ．cf ．fpw 包含用戶自定義項，可靈活編輯輸入參量。
展開 
RP系列 激光分析設計軟件 | 光纖放大器與激光器建模
本教程介紹了光纖放大器和光纖激光器的建模。建模的目的應該是對此類設備的工作方式進行深入和定量的理解。在此基礎上，科學研究和產業發展都可以變得更有效率；與其“在黑暗中釣魚”，不如更系統地前進并產生成果。
本教程主要解釋概念和原理，而不是詳細的數學。畢竟，這是進入纖維建模領域最需要的：在你理解概念和原理之前，你很少使用復雜的方程。無論如何，如果您使用一些高級仿真軟件，例如我們的產品RP Fiber Power，您可以避免花費大量時間在復雜的細節上，例如求解某些微分方程。
在這里，我們專注于有源設備，其中包含一些激光有源光纖。我們主要考慮光在光纖中是如何被吸收或放大的，以及這些過程會導致設備的整體性能如何。我們還在研究超短脈沖放大器和鎖模激光器，其中光纖非線性和色散等附加效應會發揮作用。
教程分為以下八個部分:
01.簡介
物理建模是什么意思？模型與現實有什么關系？如何應用模型來促進光纖放大器和激光器的發展？實驗性的試錯法是一種合理的選擇嗎？
02.光通道
在這里，我們基本上根據它們的波長和傳播方向對涉及的光的不同部分進行分類。由 ASE 產生的寬帶信號和光可以用通道陣列來表示。這部分很簡單，但有些方面需要考慮清楚。
03.功率傳播或場傳播
一些計算機模型通過光纖傳播整個橫向場分布（數值光束傳播），而其他計算機模型僅傳播光功率。后一種方法通常就足夠了，并且允許更快的計算。
04.激光活性離子
激光活性離子的細節極其復雜。然而，非常簡化的模型通常足以在仿真模型中正確描述它們的行為。我們討論了這種模型需要什么樣的光譜數據。
05.放大器和激光器的連續波操作
在這里，我們討論如何為光纖放大器或激光模型中的光功率和激發密度找到自洽的解決方案。
展開 光纖激光器及激光器設計軟件—摻釔光纖激光器，自動解算輸出波長
該范例為摻釔光纖激光器模型,可自動計算激光器輸出波長。因此,需定義多個信道,波長間隔為5nm,軟件將分析給定條件下哪個信道輻射激光。(兩個信道具有相似增益的情況下將出現問題)
腳本程序設定了laser_wavelength()用戶自定義函數,分析輻射信道,通常此信道具有較高的輸出功率。
圖3中可新奇的觀察到光纖長度的變化。對每一點需重新計算激光器波長,確實發生了變化。對于短光纖,975nm處出現激光輻射,發射截面較大。然而,對于長光纖,激光波長突然跳轉至1030nm,發射長波長激光,這主要由于975nm的激光的二次吸收(此處具有較高的吸收截面)。這一特性為三能級激光系統的顯著特征。
展開 激光器的發展方向和趨勢
激光技術作為工業制造領域的一股核心驅動力量，本身也在不斷向前發展。總結來說，激光器正在向著“更快、更高、更好、更短”這四大方向發展。
更高： 激光器的功率越來越高，平均功率已經超過10萬瓦。2013年，第一臺商用的10萬瓦級光纖激光器在日本名古屋NADEX中心安裝，用于焊接300mm厚的鋼板。激光切割應用也向著更高的功率發展，激光切割機的功率持續走高，已經達到8——12kW。
更好： 激光器輸出的光束質量越來越好，光纖激光器的光束質量已經達到10萬瓦級單模。在過去的一年中，光纖激光器、碟片激光器、直接半導體激光器的亮度都有大幅度提升。
更短： 激光器的輸出波長覆蓋更短的波段，短波長激光器已經廣泛應用。很多先進的制造工藝都需要冷加工，例如在智能手機制造中，很多時候需要用短波長、短脈沖的紫外激光來處理。短波長激光已經在表面標記、半導體晶圓加工、鉆孔、切割等領域獲得了大量應用。
更快： 激光器的脈沖速度越來越快，超快激光器取得了快速發展，已經憑借著更簡單的結構、更方便的操作、更低廉的成本和更穩定的性能，走出實驗室進入工業應用中。
未來的潛力市場
關于未來市場中有哪些新的應用增長點，一直都是大家關注的話題。
激光清洗： 隨著環保意識的增強，各種環保清洗技術應運而生，激光清洗技術就是其中之一。
激光清洗利用高能激光束與工件表面要去除的物質相互作用，發生瞬間蒸發或剝離，無需各種化學清洗劑，綠色無污染。可用于清除油漆、油污、氧化層、清洗螺桿、除銹、清洗焊縫等。
激光清洗在微電子、建筑、核電站、汽車制造，醫療、文物保護、鋼鐵除銹和模具去污、汽車制造、建筑等領域擁有巨大市場空間。
金屬3D打印市場： 金屬3D打印也即增材制造，通常使用的是選擇性激光器熔覆（SLM）技術，利用激光能量將金屬粉末一層層熔化，最終制成想要的形狀。
展開 工業4.0下的光纖激光器市場：已成市場主流，國內廠商崛起
近幾年，隨著激光器技術的成熟，在國內的很多工廠，激光加工已經取代了傳統的機械加工。
隨著全球工業4.0的不斷推進，激光加工技術的應用領域越來越多，從材料加工到汽車生產，再到3D打印等新興產業，激光技術已經成為國家戰略的一部分。
光纖激光器的市場及應用
近年來，光纖激光器技術越來越成熟，在國內的市場占比越來越大，大有取代CO2激光器之勢。
2017年全球工業激光器市場結構
（數據來源：OFweek行業研究中心）
光纖激光器之所以備受歡迎，與市場環境和它自身的特點密不可分。相較于其它類型的激光器，制造成本低、穩定性高、散熱快等優勢，應用在大規模增長的工業切割和焊接需求上，可謂是再合適不過的了。
光纖激光器應用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業造船、汽車制造、激光雕刻激光打標、激光切割、軍事國防安全、醫療器械儀器設備、大型基礎建設，以及作為其他激光器的泵浦源等。
國內光纖激光器產業起步較晚
我國光纖激光器產業化起步比較晚，早期國內光纖激光器幾乎全部從海外進口。但是近幾年光纖激光技術發展迅速，光纖激光器的年增長速度超過35%，遠高于全球工業激光器7%-9%的增速。光纖激光器憑借先天性優勢在逐漸蠶食固體和二氧化碳激光器的市場份額，同時光纖激光器也在逐漸開辟新的應用領域。
近兩年，以Nd：YAG激光器為代表的固體激光器開始下滑，但是全固態固體激光器的發展未來或將能夠彌補傳統固體激光器的市場萎縮。此外，超快固體激光器技術的突破，將成為固體激光器市場占比提升的主要動力。
近年來國內的光纖激光器廠商后勁十足
OFweek研究中心預計未來3年，中國光纖激光器市場將持續高速增長，其市場占比繼續擴大。
展開 如何通過多激光器3D打印技術構建高完整性的金屬零件（下）？
以生產為導向的多激光器金屬3D打印設備通過多個激光器來提高增材制造的生產效率，多重激光既可以分別制造獨立的零件，也可以協同制造一個單件大型部件。這樣的靈活性，使得增材制造生產效率得到提升，并降低了制造成本。
但是多激光器在同時工作時會不會互相影響呢？激光之間的相互作用又對金屬3D打印零件的質量產生什么影響呢？雷尼紹公司通過其四激光器金屬3D打印設備 RenAM 500Q 對多激光器之間的相互作用，以及如何合理規劃多激光器設備的激光策略進行了研究，從中可以得到一些啟示。
在9月28日，3D科學谷已分享了該研究的上半部分內容。本期，3D科學谷將分享該研究的下半部分內容。
熔池分析
研究人員也可以觀察到不一致熔化行為的證據。 在可見和紅外波長下的實時熔池監測表明，在處于不利的下風向位置的激光熔融過程中，熔池活力和一致性會發生可測量的變化。 較短的可見波長表明強度的變化增加 ，而較長波長的紅外數據表明下風向熔池發出的熱量較少。
圖片來源：Renishaw
上圖為通過Renishaw 過程中質量控制軟件InfiniAM監控的熔池數據，顯示了在兩個不同光譜帶中的下風向樣品和上風向樣件的光譜熔池數據。
上風向激光器數量的影響
研究表明，上風向激光器的數量是決定下風向激光熔化質量損失的關鍵因素。研究人員將兩個激光器的3D打印樣件拉伸試驗結果與四個激光器的結果進行了對比，發現上風向單個激光器的過程排放量減少，因此預計對下風向激光器的影響會有所減少。
圖片來源：Renishaw
該試驗中下風向激光器打印的樣件的表面比先前測試的樣件更為光滑，并且表現出更接近基線條件的拉伸性質。
展開 光纖激光器已為新能源車市場做好準備
01 光纖激光器滿足成熟應用需求
對于新能源車行業中的許多不同的生產和制造過程而言，光纖激光器必不可少，特別是對于包括電池和電機的電力傳動系統的制造。電池的生產可分為電芯、模組和Pack裝配，其中很多所需的生產工藝，例如焊接、切割、打標和剝離等，都是使用功率范圍從幾瓦到幾千瓦的光纖激光器實現的。
焊接和切割
焊接和切割是新能源車制造（如鋰離子電池制造）中應用最廣泛的激光加工。電芯中的鋁箔和銅箔，必須被切割、分離。IPG的光纖激光器能夠滿足這項應用的所有要求：
高速加工
無毛刺
無余層區域的金屬暴露
切口處無熔融附著物
無熱影響區
光纖激光器遠程切割工藝的優點可歸功于脈沖光纖激光器的高光束質量和高脈沖重復頻率。IPG納秒脈沖光纖激光器，是滿足精密切割應用要求的理想選擇，同時也是打標和表面處理應用（如二維碼打標、端子漆層剝離）的理想工具。
光纖激光器能夠滿足新能源車生產加工過程中的多種焊接工藝要求。
展開 如何通過多激光器3D打印技術構建高完整性的金屬零件（上）？
以生產為導向的多激光器金屬3D打印設備通過多個激光器來提高增材制造的生產效率，多重激光既可以分別制造獨立的零件，也可以協同制造一個單件大型部件。這樣的靈活性，使得增材制造生產效率得到提升，并降低了制造成本。
但是多激光器在同時工作時會不會互相影響呢？激光之間的相互作用又對金屬3D打印零件的質量產生什么影響呢？雷尼紹公司通過其四激光器金屬3D打印設備 RenAM 500Q 對多激光器之間的相互作用，以及如何合理規劃多激光器設備的激光策略進行了研究，從中可以得到一些啟示。本期，3D科學谷將分享該研究的上半部分內容。
多激光器配置
在研究中，研究人員考慮了激光器和惰性氣體流之間的關系，以及一種激光器在特定情況下如何影響另一種激光器，繼而可能導致材料性能下降的問題。
不同金屬粉末材料所產生的飛濺會因尺寸、形狀和數量的不同而存在顯著差異，當然，多激光器設備在加工時會產生更多的飛濺，這使得有效的激光管理變得更加重要。
在多激光器3D打印設備種，當多個激光器在比較近的距離內工作時，一個激光器發射激光將影響到另一個激光器，這取決于它們在惰性氣體流中所處的相對位置。當一個激光器處于另一個激光器的下風向時，其激光束會受到上風向激光熔融的影響。
多激光分區和氣流配置舉例，圖片來源：Renishaw
Renishaw 曾對第一代多激光器設備如何通過分區并結合線性或發散惰性氣流來避免產生以上現象。然而這種方法存在幾個缺點：
-非對稱構建導致生產率降低，這是因為在這種模式下，每個激光器具有不同的工作量，因此其中一部分激光器需要閑置等待其他激光器完成任務。
展開 
夏至已至，別讓這些使用細節毀了你的激光器
這是激光器內部表面結露的現象，在高溫的夏季，類似的故障尤為高發。
激光器是將電能轉換為激光能的高科技設備，內部構成較為復雜，涉及光、機、電、算等多個學科和領域。盡管光纖激光器相對其他類型的激光器而言對環境要求較低，但也必須保證其符合使用環境的要求，這樣自身的防護措施才能切實起到防護作用。
如果開關機順序、機箱密閉及水溫設定等方面存在疏漏，就可能造成激光器內部需要通過水冷卻的電子和光學器件，因為內外溫差導致表面結露，從而降低激光器的性能，甚至損壞激光器。
對于高功率光纖激光器
防范措施
為了避免結露給激光器帶來損壞或性能影響，請使用以下三種方式的一種來保證激光器的使用環境：
激光器安裝在溫度為10℃~27℃，濕度低于50%的空調房里，而且空調要全天都開機。
激光器須保證機箱各部位密閉良好，而且讓激光器主電源和鑰匙開關一直處于開啟狀態，下班時也如此。
其中，對機箱密閉性的檢查應該注意以下幾個方面：
各機柜門是否存在并關緊；
頂部的吊裝螺栓是否擰緊；
機箱后部未使用的通訊控制接口的保護蓋是否蓋好，已使用的是否固定好。
展開 ASLD 高級固體激光器設計及仿真軟件
ASLD 級固體激光器設計及仿真軟件
軟件簡介
ASLD 激光仿真軟件的設計和實現采用了最先進的編程技術。用于激光仿真的算法已為物理效應的精確建模而專門制定并快速執行。它們是通過深入研究發展起來的，并在許多專業期刊和會議上發表過。
ASLD 基于激光器件建模的最新數學算法進行仿真。ASLD 為固態激光器的發展挑戰提供量身定制的解決方案，并使用專門開發的數字工具。這些可選擇性地用于優化激光器和滿足非常獨特的標準和公差。
ASLD 可用于模擬以下分析：
? 多能級固體激光諧振腔和放大器的設計與仿真
? 各種材料如Nd:YAG、Yb:YAG、Er:YAG、Er:glass 或 Tm,Ho:YA 等。
? 計算輸出功率、光束質量、脈寬和重復頻率
? 穩定性分析(偏振依賴)
? 高階和低階激光模式的動態多模分析
? 機械應變、應力和雙折射的精確計算
? 多晶體諧振腔
? 基于可飽和吸收體Cr:YAG 的主動和被動Q 開關激光器
? 基于SESAM 的脈沖激光器
? 高功率激光器，如不同形狀的薄圓盤(平板)激光器
? 用于放大器的光束傳播方法
? 固體激光器多程激光放大
? 超短啁啾脈沖放大
? 克爾透鏡和增益波導效應
? 偏振效應
? 熱透鏡效應，波前畸變
? 二次諧波
? 泵浦設計(泵浦光譜，泵浦幾何形狀，脈沖泵浦等)
? 高功率激光器的超高斯模式分析
? 多晶體諧振腔
? 參數分析
? 對泵浦光的光線追跡
功能描述
熱分析與結構分析
為了計算熱透鏡效應，需要對激光晶體進行熱分析和結構分析。
友好的圖形用戶界面(GUI)可以靈活設計激光晶體幾何形狀，如板條、斜面、圓柱體和錐體，以及各種類型的冷卻。
ASLD 包含一個快速、高精度的三維有限元方法。
展開 聚焦印度 未來幾年激光器將大有作為
因此，了解印度激光器市場的發展狀況和來年的增長情況極為重要。
在過去一年半的時間里，印度政府的政策發生了很多變化，包括“去紙幣化”行動和“商品服務稅(GST)”的實施等。這些變化對激光器業造成了影響，約四分之一的企業退而求其次，尤其是在商品服務稅實施之后。然而，隨著人們對商品服務稅的理解加深以及商品服務稅率從28%降至18%，激光器行業將有所增長。
縱觀激光器市場及其驅動力，激光器市場主要由鈑金行業主導，而鈑金行業又由汽車和制造業推動。目前，激光打標和激光切割是印度激光器行業的兩個主要市場，而激光焊接、熔覆、硬化、微機械加工和表面處理技術則不足為道。
激光切割機數量迅速增長 市場潛力有待開發
印度市場上的激光切割機的數量正在迅速增長。根據SIL集團、Suresh Indu Pune、Laser Technology、Angel CAD CAM、Mehta CAD CAM、Sigma Mechatronics、ProLastec Pune等主要供應商的討論結果來看，2017年整個市場的機器數量為300-400臺。2018-2019年期間，激光切割機的數量可能達到600-800臺。占據市場半數以上的將是中國制造的高性價比機器(例如HSG、DNE和Bodor等公司生產的低功率和高功率光纖激光器)，而其余的市場份額將由本地集成商以及Trumpf、Amada、Bystronic、LVD、Prima Power和Mazak Optonics等國際公司占據。
可以看到的是，汽車市場正以兩位數的速度增長并成為鈑金行業的推動力，為激光器的發展做出了巨大貢獻。除此之外，加工制造領域——尤其是廚具、電梯、家居領域的薄鈑金工業(<5毫米)和其他此類應用也有助于激光市場的增長。
展開 英國圣安德魯斯大學Nature Communications: 柔性、超輕聚合物膜半導體激光器
【引言】
光泵有機固體激光器因為容易制造相干光源、在可見光范圍內可調節波長、可隨意廢棄和生物相容性較好的特點，而吸引了廣泛的關注。這類激光器在數據交流、生物成像和化學檢測等方面擁有廣袤的應用前景。目前為止，有機LED、太陽能電池和場效應晶體管目前都已經實現了柔性和超輕制造，但是大部分有機激光器因為需要固體支撐介質，依然是堅硬的材質。因而，開發柔性、輕量化的半導體激光器就十分必要了。
【成果簡介】
近日，英國圣安德魯斯大學Malte C. Gather教授課題組通過一種簡單的制作方法得到了一種基于聚合物薄膜、無支撐和超薄的有機分布式反饋激光器。這種激光器不到500 nm，超輕（m/A<0.5gm-2），并擁有卓越的機械柔性。該成果以題為"Flexible and Ultra-Lightweight Polymer Membrane Lasers"發表在Nature Communications上。
【圖文導讀】
圖1. 薄膜激光器的制造和物理性質
(a).圖示激光迭陣浸在水中；
(b).激光迭陣的組成；
(c).圖示浮膜
(d).浮膜圖;
(e).二階DFB激光薄膜的垂直激光發射；
(f).薄膜激光器圖；
圖2. 薄膜激光器的表征
(a).不同材料激光器的輸入-輸出性質；
(b).基于F80.9BT0.1的薄膜激光器的發射光譜；
(c).光譜線寬vs器件輸入能量密度；
(d).近場和遠場發射；
圖3. 薄膜激光器紙幣安全上的應用
圖4. 薄膜激光器在可穿戴安全標簽上的應用
【小結】
在這個工作中，作者報道了通過一種簡單的制作方法，得到了一種基于聚合物薄膜、無支撐和超薄的有機分布式反饋激光器。這種激光器不到500 nm，超輕（m/A<0.5gm-2），并擁有卓越的機械柔性。
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