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 在激光加工三大應用中，激光打標作為一個普遍性廣、低門檻的行業(yè)，最先進入中國市場，并得到快速的發(fā)展。為了在激光打標這片紅海區(qū)凸顯出自己獨特的產(chǎn)品優(yōu)勢，創(chuàng)鑫激光繼推出一系列小于100W的脈沖光纖激光器之后，又推出了100W-300W脈沖光纖激光器。但在中高功率的脈沖光纖激光器應用中，熱透鏡效應是不可避免的。

一、熱透鏡效應

光學元件受激光束連續(xù)照射較長時間后，由于溫度升高產(chǎn)生熱變形，進而引起透過型光學元件的折射率和反射型光學元件的反射方向發(fā)生變化。熱透鏡效應會改變激光焦點（束腰）的位置，進而影響應用效果。

對于脈沖光纖設備，激光從激光器的隔離器（透過型）輸出后，主要經(jīng)過紅光合束鏡片（透過型）、振鏡（反射型）和f-θ場鏡（透過型）這些光學元件。由于透過型光學元件的熱透鏡效應更明顯，因此接下來主要針對激光器、紅光合束鏡片與場鏡做相應分析。

二、熱透鏡效應的影響

產(chǎn)生熱透鏡效應時，光學元件受熱膨脹，出現(xiàn)聚焦能力變強，聚焦光斑尺寸變小，焦距和焦深變短現(xiàn)象。這些現(xiàn)象的產(chǎn)生，最終會造成打標不穩(wěn)定，影響打標效果。通過脈沖光纖激光器的幾個典型應用分析熱透鏡效應的影響：

1．氧化鋁打黑：

發(fā)生熱透鏡效應時，焦距變短，材料表面能量密度降低，氧化鋁打不黑，嚴重時出現(xiàn)中心和邊緣效果黑度不一致現(xiàn)象。

2．金屬深雕：

金屬深雕一般使用焦距（焦深）短的場鏡，當高功率深雕時，由于熱透鏡效應，材料處能量密度迅速下降，造成金屬打雕不深。由于光學元件中心比邊緣膨脹大，出現(xiàn)中心淺，四周深現(xiàn)象（深度不一致）。

3．薄片切割：

根據(jù)不同的材料，脈沖光纖激光器切割薄片通常采用單次慢速或多次快這兩種方法。熱膨脹與冷卻回縮可以在很短時間（＜1S）內發(fā)生，因此切割時出現(xiàn)起始位置可以切穿，其它位置切不穿材料。

4．金屬薄片焊接：

對于高功率脈沖光纖激光器焊接金屬薄片（＜0.6mm），通常采用圓形螺旋線填充的方式焊接。熱透鏡效應會造成焊點大小不一致，拉拔力不夠。

 

三、熱透鏡效應的測量

不同材質的光學元件，熱膨脹系數(shù)不一樣，因此對于不同配置的激光系統(tǒng)，應用于不同的材料，熱透鏡效應的程度都不一樣。既然熱透鏡效應不可避免，那么將熱透鏡程度進行量化，設定標準就顯得極其重要。焦距的變化反映出熱透鏡的程度，下面通過兩種方法去測量焦距的變化：

1．調焦法：

 

優(yōu)點：操作簡單，可以大致測量出焦距變化量

缺點：由于焦深的存在，高度F1與F2存在一定的誤差，因此焦距變化量L不太準確，可以通過多次測試減小誤差；高功率下打標，光太強，不易重新找到焦點位置

 

2．打標效果測量法： 

 

測試方法示意圖

通過如下操作，可以測出各個光學元件熱透鏡的程度：

熱透鏡元件	激光器、紅光合束鏡片、場鏡	激光器、場鏡	場鏡	激光器	紅光合束鏡片
測試方法	正常測試	去除合束鏡片后正常測試	去除合束鏡片，在振鏡之前將光擋住，90%功率加熱準直器3min后正常測試
焦距變化	L	L1	L2	L1-L2	L-L1

 

打標效果圖

 四、熱透鏡效應的改善

功率越高或標刻高反材料，光學元件受熱膨脹越迅速，熱透鏡越明顯。改善熱透鏡，可以在激光器、場鏡和紅光合束鏡片三方面著手：

1．激光器：

準直器的光學透鏡使用石英材料，減小熱膨脹系數(shù)；定期清潔激光器輸出頭的保護鏡片，避免雜質污染。

2．場鏡：

使用中高功率（≥100W）脈沖光纖激光器，建議場鏡選用復合材料或石英材料；定期檢查和清潔場鏡的保護鏡片，避免雜質污染或損傷。

3．紅光合束鏡片：

創(chuàng)鑫激光100W-300W脈沖光纖激光器，采用激光器內置紅光輸出，紅光與激光互不干擾，近似重合，方便調試。紅光內置，不需要外接紅光，避免了紅光合束鏡片熱透鏡對應用效果的影響。對于必須使用紅光合束鏡片的設備，應挑選膜通透性好的鏡片；定期檢查和清潔合束鏡片，避免雜質污染或損傷。

100W-300W脈沖光纖激光器
 

五、創(chuàng)鑫脈沖光纖激光器

創(chuàng)鑫激光100W-300W脈沖光纖激光器采用風冷方式，具有高功率、理想的光束質量、免維護、高光電轉換效率等特性，可用于不銹鋼、碳鋼、鋁、銅深雕，金屬薄片焊接、切割，金屬表面除銹清洗，在3C標記、五金加工、動力電池極耳切割、電子元器件焊接等領域應用廣泛。