话虽如此,光纤激光切割技术还有改进的余地。目前在制造车间中使用的许多系统配备有光纤激光器,其产生特定尺寸的光束宽度,限制了它们的灵活性。例如,当早期的光纤激光器出售时,它们主要用于切割薄金属板;激光束的小光斑尺寸比CO2激光产生的光束提供了更多的聚焦能力,并且通过薄规格快速切片,但是与较厚的金属一起挣扎。随着可能改变激光器光斑尺寸的手动和自动系统的出现,这种情况发生了变化,但这些系统具有复杂的切割头,这引起了一些人对可靠性的疑问。
公司相信它已开发出新一代光纤激光技术,可满足光束点尺寸灵活性的要求,而无需考虑切割头。据该公司官员称,这一突破可以直接从光纤激光器快速调整光斑尺寸,使用单个激光光源优化切割各种材料和厚度。

CO2激光器为早期激光切割工具提供动力。这些激光器使用充放电的管子通过放电产生激光,成为21世纪初晶圆厂的主力。然而,CO2激光器相对较大,效率低且易碎,并且需要定期维护和昂贵的消耗品。此外,镜子和吹扫束管的复杂系统易受污染,未对准和环境条件变化(例如温度和振动水平)的影响。尽管如此,CO2激光器仍然被用于切割厚金属,因为它们提供了良好的边缘质量。
20世纪90年代出现了灯泵浦Nd:YAG激光器。它们使用固态增益介质(掺有钕,稀土元素的结晶YAG棒),无需使用可消耗的气体。然而,Nd:YAG棒通过宽带弧光灯通电,该光学灯效率低且产生大量废热。 Nd:YAG激光器的近红外波长(~1μm)允许光束通过光纤(引导光线的细玻璃束)传递到工艺头,从而消除了光纤外部的自由空间光束传输。激光腔。
在20世纪90年代后期,半导体(二极管)激光器开始取代灯作为Nd:YAG激光器的泵浦源,完成了向全固态激光器的过渡。二极管泵浦固态(DPSS)激光器有效地将电能转换为光功率,从而提供比灯泵浦激光器更高的净效率,同时降低了对电力和冷却的需求。稀土掺杂光盘是作为固态增益介质的替代几何形状而开发的,能够比Nd:YAG棒更有效地进行热管理,并进一步扩展到更高的功率。尽管激光腔仍然由自由空间光学器件组成,但DPSS激光器与处理头的光纤传输兼容。
同样在20世纪90年代,稀土掺杂光纤成为光通信的新增益介质。光纤激光器具有独特的实用性和可靠性,因为它们不需要自由空间光学元件,如镜子。二极管泵浦源通过光纤传输到增益介质。腔由光纤构成,并且由于激光束在光纤内产生,因此自然支持光纤传输。纤维增益介质的大表面积与体积比能够实现有效冷却。
激光腔内部或外部没有自由空间光学器件(直到工艺头)
一个密封,无对齐的光路,消除了降级和故障模式的可能性
高插壁效率,最大限度地降低了功率和冷却要求
高光束质量,不受环境条件和光功率水平的影响
无需日常维护,消耗品或校准
光纤激光切割技术的现状
上述讨论解释了为什么光纤激光器提供最佳的效率,可靠性和操作成本,但金属切割速度和边缘质量又如何呢?在这里,情况更复杂。