全自動激光焊接機早在20世紀90年代初就開始此項研究,已經(jīng)取得很大進展。國內(nèi)起步相對較晚,但是發(fā)展很快,主要研究單位包括中科院半導體所、上海光機所、長春光機所、清華大學、中電集團十三所、中科院光電技術(shù)研究所和西安電子科技大學等。
中科院半導體所等單位采用的是光纖捆綁耦合技術(shù)進行光束整形。先用一根光纖柱透鏡進行快軸壓縮,然后進入與發(fā)光區(qū)相對應的嚴格周期分布的光纖排,最后把輸出的多根光纖捆成一束。這種方法可以簡便地實現(xiàn)LD線陣輸出光場的對稱化,且光束經(jīng)過一段距離的光纖傳輸后在輸出截面上的強度得到均勻化,傳輸過程中的光能損失也很小,缺點是輸出光纖芯徑粗,亮度不高。
2001年,吉林大學和長春光學精密機械學院用這種方法對10單元線陣半導體全自動激光焊接機條進行了光纖耦合實驗,耦合效率為75%。2003年,中科院半導體所利用這種技術(shù)實現(xiàn)了60 W 的大功率輸出,耦合效率為82%
,輸出光纖為1.5 mm,數(shù)值孔徑為0.11,現(xiàn)已實現(xiàn)小批量生產(chǎn)。
中科院光電技術(shù)研究所采用微柱透鏡快軸準直并引起光束微偏轉(zhuǎn)、消色差的雙膠合透鏡偏轉(zhuǎn)光束、閃耀光柵陣列反偏并校正光束的方法進行光束整形,整形效果較好,得到了快慢軸方向比較均衡的光束質(zhì)量,并能耦合進芯徑200 mm、數(shù)值孔徑0.22的光纖,但是整個系統(tǒng)由折射和衍射器件共同構(gòu)成,結(jié)構(gòu)復雜,耦合效率不高。
清華大學采用等腰直角棱鏡組方法,整形系統(tǒng)由兩套錯位緊密排列的等腰直角棱鏡組組合而成。對808 nm輸出功率40 w 的半導體激光焊接機列陣進行了光束整形,整形系統(tǒng)的功率效率為90%。整形前的慢軸、快軸光束質(zhì)量參數(shù)比值為2 499,整形后為0.77。
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