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        自1960年梅曼（Maiman）發(fā)明紅寶石激光器以來，激光技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，在工業(yè)、科學(xué)研究、國(guó)防等方面獲得了廣泛應(yīng)用。隨著激光功率的提高，其工業(yè)應(yīng)用范圍也隨之增大。

        我們常說的高能激光要滿足“三高"——高能、高光束質(zhì)量、高效率，而且高能激光不僅僅是激光器的輸出能量高，還要有相當(dāng)高的功率。能量是可以用時(shí)間來積累的，而激光要能完成零件加工，在需要足夠的能量密度的同時(shí)還要一定的功率密度。通常認(rèn)為高能激光器輸出的激光平均功率應(yīng)大于10kW，持續(xù)時(shí)間達(dá)數(shù)秒，激光能量在數(shù)萬焦以上。

        網(wǎng)站“聯(lián)合光科→技術(shù)中心→激光"目錄下可以查閱關(guān)于激光的理論知識(shí)，包括激光產(chǎn)生的原理、各類激光器結(jié)構(gòu)、激光鎖模技術(shù)、激光放大技術(shù)等多種激光技術(shù)，流：激光、光諧振腔、光放大、光脈沖。

        這里我們不再贅述，重點(diǎn)來聊一聊高能激光的種類和特點(diǎn)，已發(fā)展和正在發(fā)展的高能激光器包括但不限于表1：

        激光焊接是把激光作為加熱源，利用激光的高能量密度這個(gè)特點(diǎn)，通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時(shí)間內(nèi)使被焊接處形成一個(gè)能量高度集中的熱源區(qū)，從而使被焊物熔化并形成牢固的焊點(diǎn)和焊縫。

        激光焊接系統(tǒng)一般由激光器、光學(xué)系統(tǒng)、激光加工機(jī)床、保護(hù)氣輸送系統(tǒng)、控制與檢測(cè)系統(tǒng)組成。激光器和光學(xué)系統(tǒng)是激光焊接系統(tǒng)的核心。

        激光焊接要求激光器應(yīng)具有較高的額定輸出功率，較寬的功率調(diào)節(jié)范圍，功率緩升緩降能力，工作穩(wěn)定、可靠以保證焊接質(zhì)量，可用于焊接的激光器有CO2激光器、YAG激光器、LD泵浦固體激光器和半導(dǎo)體激光器。

        光學(xué)系統(tǒng)主要用于控制光束質(zhì)量，包括擴(kuò)束系統(tǒng)、光束傳輸系統(tǒng)、聚焦系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)包含了多種高損傷閾值、高精度的球面鏡、非球面鏡、平面鏡等多種透鏡和反射鏡。

        激光焊接設(shè)備中的擴(kuò)束系統(tǒng)采用的是多倍激光擴(kuò)束鏡，如2.5倍擴(kuò)束鏡，擴(kuò)束鏡通過將主光路輸出的激光束進(jìn)行準(zhǔn)直、擴(kuò)束后，可將原有的輸出激光光斑擴(kuò)大至原來的2.5倍，使光束模式更好；

        經(jīng)過擴(kuò)束準(zhǔn)直后的激光光束先經(jīng)過導(dǎo)光反射鏡，被反射到加工平臺(tái)，再由聚焦鏡片將激光束聚焦到能量最為集中的精細(xì)光束，從而瞬間達(dá)到理想的能量密度，進(jìn)行焊接加工。

        激光焊接實(shí)質(zhì)上是非透明材料與激光束相互作用的過程。從宏觀的角度上看，整個(gè)過程表現(xiàn)為融化、吸收、氣化和反射；而微觀上看則是一個(gè)量子過程。將焊接根據(jù)機(jī)理進(jìn)行分類可以分為熱傳導(dǎo)焊接和激光深熔焊。

        當(dāng)聚焦后的激光密度小于10⁴~10⁵ W/cm²時(shí)為激光熱傳導(dǎo)焊。當(dāng)激光輻射到焊接材料上時(shí)，一部分激光被焊接材料所吸收并將其轉(zhuǎn)化為熱能量，以熱傳遞的形式通過材料，融化焊縫并最終將焊件焊接在一起。熱傳導(dǎo)焊接的特點(diǎn)在于它的熔深淺和焊接速度慢，只熔化工件表面。

        當(dāng)聚焦后的功率密度大于10⁶~10⁷ W/cm²時(shí)稱為激光深烙焊。大功率激光會(huì)使金屬表面受到高熱，瞬間產(chǎn)生的高溫使材料表面金屬發(fā)生氣化而形成小孔，使得金屬表面下形成孔洞，稱之為匙孔，由于匙孔的形狀呈細(xì)長(zhǎng)，所以激光會(huì)在匙孔內(nèi)壁發(fā)生多次反射，并被吸收，因?yàn)槭沟萌凵钤黾?，激光停止后，匙孔周圍的溶液回流、冷卻后工件便連接在一起。其特點(diǎn)是焊接速度快、深寬比大。

        激光打標(biāo)是激光在不同物體表面進(jìn)行高精度標(biāo)刻的技術(shù)，主要是利用高能量密度的激光照射到物體表面，通過光能導(dǎo)致表層物質(zhì)發(fā)生化學(xué)物理變化，或灼燒掉部分物質(zhì)，使物體表面形成凹槽。

        激光打標(biāo)系統(tǒng)主要有激光器、光束控制系統(tǒng)。

        常見的激光打標(biāo)機(jī)主要分為四種，分別是：紫外打標(biāo)機(jī)、光纖激光打標(biāo)機(jī)、二氧化碳激光打標(biāo)機(jī)和半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)。

        光束控制系統(tǒng)主要包括激光振鏡掃描系統(tǒng)和聚焦系統(tǒng)。激光振鏡掃描系統(tǒng)分為X方向掃描系統(tǒng)和Y方向掃描系統(tǒng)，由伺服電機(jī)帶動(dòng)固定其上的激光反射鏡片運(yùn)動(dòng)，每個(gè)伺服電機(jī)分別由計(jì)算機(jī)發(fā)出數(shù)字信號(hào)控制，從而控制激光的掃描路徑，便能夠在物體表面刻畫出不同的圖案。聚焦系統(tǒng)的作用是將激光束聚焦于一點(diǎn)，主要采用場(chǎng)鏡即f-θ鏡頭，不同的f-θ鏡頭的焦距不同，打標(biāo)效果和范圍也不一樣。

        激光打標(biāo)實(shí)質(zhì)也是材料與激光相互作用的過程。這種相互作用的原理主要有“熱加工"和“冷加工"兩種。

        “熱加工"的作用效果和激光焊接過程相似，高功率激光束照射在被加工材料表面，材料表面吸收激光能量，在照射區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生熱激發(fā)過程，從而使材料表面溫度上升，產(chǎn)生熔融、燒灼、蒸發(fā)等現(xiàn)象。

        “冷加工"是具有高負(fù)荷能量的紫外光子，能夠打斷材料（特別是有機(jī)材料）或周圍介質(zhì)內(nèi)的化學(xué)鍵，致使材料發(fā)生非熱過程破壞，打標(biāo)過程不會(huì)產(chǎn)生熱損傷副作用，因此，對(duì)被加工表面的里層和附近區(qū)域不產(chǎn)生加熱或熱變形等作用。