光纤激光器原理及操作方法（一文了解光纤激光器技术与应用）

光纤激光器（Fiber Laser）是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。

光纤激光器原理

光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，其导光原理是利用光的全反射原理，即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时，将发生全反射，入射光全部反射到折射率大的光密介质，折射率小的光疏介质内将没有光透过。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。

光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的芯径较小，只能传播一种模式的光，其模间色散较小。多模光纤的芯径较粗，可传播多种模式的光，但其模间色散较大。按折射率分布的情况化分，可分为阶跃折射率（SI）光纤和渐变折射率（GI）光纤。

稀土掺杂石英光纤激光器以成熟的石英光纤工艺为基础，因而损耗低和精确的参数控制均得到保证。适当加以选择可使光纤在泵浦波长和激射波长均工作于单模状态，可达到高的泵浦效率，光纤的表面积与体积之比很大，散热效果很好，因此，光纤激光器一般仅需低功率的泵浦即可实现连续波运转。光纤激光器易于与各种光纤系统的普通光纤实现高效率的接续，且柔软、细小，因此不但在光纤通信和传感方面，而且在医疗、计测以及仪器制造等方面都有极大的应用价值。

光纤激光器优势

光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有以下优势：

（1）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势；

（2）玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配，这是由于玻璃基质Stark 分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故；

（3）玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以转换效率较高，激光阈值低；

（4）输出激光波长多：这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多；

（5）可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。

（6）由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。

（7）光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。

（8）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。

（9）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。

（10）高的电光效率：综合电光效率高达20%以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。（11）高功率,商用化的光纤激光器是六千瓦。

为支持光纤激光器行业发展，近十多年来，国务院、国家发改委、工信部、科技部等部门陆续颁布了一系列支持政策。在利好政策的引领和大力推动下，近年来我国激光器国产化程度得到了显著提升。展望未来，预计在产业政策持续推动下，国内激光器技术将逐渐接近国外一流水平，并凭借着更为出色的性价比替代进口光纤激光器。

光纤激光器应用

标刻应用：脉冲光纤激光器以其优良的光束质量，可靠性，最长的免维护时间，最高的整体电光转换效率，脉冲重复频率，最小的体积，无须水冷的最简单、最灵活的使用方式，最低的运行费用使其成为在高速、高精度激光标刻方面的唯一选择。

材料处理：光纤激光器的材料处理是基于材料吸收激光能量的部位被加热的热处理过程。1um左右波长的激光光能很容易被金属、塑料及陶瓷材料吸收。

材料弯曲：光纤激光成型或折曲是一种用于改变金属板或硬陶瓷曲率的技术。集中加热和快速自冷切导致在激光加热区域的可塑性变形，永久性改变目标工件的曲率。研究发现用激光处理的微弯曲远比其他方式具有更高的精密度，同时，这在微电子制造是一个很理想的方法。

激光切割：随着光纤激光器的功率不断攀升，光纤激光器在工业切割方面得以被规模化应用。比如：用快速斩波的连续光纤激光器微切割不锈钢动脉管。由于它的高光束质量，光纤激光器可以获得非常小的聚焦直径和由此带来的小切缝宽度正在刷新医疗器件工业的标准。

光纤激光器行业

近年来，光纤激光器凭借优异的综合性能受到众多下游客户青睐，具体来看，光纤激光器具备光束质量好、输出功率高、散热性好、稳定性优异、重量体积小、结构简单易于工业化生产等诸多优势。

此外，随着以材料加工市场为例，光纤激光器凭借高功率高光质特性逐渐在宏观材料加工市场得到重用；另一方面凭借自身极高的光源质量，其在微观材料加工领域也有望逐渐放量。综上，光纤激光器凭借自身优异特性推动其全球市场份额进一步放大，成为名副其实的第三代激光技术。

国内主要光纤激光器企业有锐科激光、睿达科技等。其中睿达科技汇集了一批在运动控制及光机电一体化领域有丰富经验的技术专家，始终致力于运动控制、图像与视觉、传感器应用和开发、激光技术应用等方面的技术研发与应用。

睿达光纤激光控制系统

大功率光纤激光切割系统RDF500G

大功率光纤激光切割系统RDF500G

该产品主要针对1KW级以上的光纤切割应用领域而开发的切割控制系统。该系统是基于德国技术，结合国内激光切割的工艺要求而打造的一套应用于高功率切割的控制系统。系统采用PLC+CNC的控制结构，独特的SIN^2加减速控制策略保证运动的平顺性。系统采用ETHERCAT总线接口，全闭环龙门轴控制方式，另外该系统还配备了无线操作手柄以及基于闭环控制的调高控制系统，为高功率切割应用提供了完善的解决方案。

功能描述：SIN^2型加减速控制和自适应的速度前瞻处理有效保证了运动的平顺性；激光控制支持PSV和PWM方式，有效改善了激光切割效果；板载超大容量存储空间；支持ETHERCAT总线扩展，可以控制ETHERCAT接口的任意模块；可在线升级主板程序，方便厂家维护和客户功能的定制；支持机器的反向间隙补偿功能；开放的PLC 开发平台，方便功能添加和用户定制；支持标准的G代码；VxWorks操作系统，保证了系统运行的稳定性。

产品配件：全屏触摸操作面板，工艺操作面板，闭环调高控制系统，无线操作面板，主卡尺寸：331mm*200mm*180mm，扩展接口板尺寸：150mm*100mm*70mm，电源：+24V，大于3A，环境：－20℃~70℃。

技术参数：激光器功率电压输出0~10V，纹波小于50mV；24V输出的PWM和激光开关信号，最大驱动能力可达500mA；ETHERCAT总线的伺服电机控制接口；主机和控制器之间采用工业以太网进行通讯；直线/圆弧/B样条插补精度+/-0.5脉冲；多路IO输出，最大驱动能力300mA；快速移动最大速度可达100米/分，加工速度可达50米/分；激光控制支持PSP模式和PWM模式。

光纤切割控制系统RDC6333F

光纤切割控制系统RDC6333F

RDC6333F是基于专门针对中功率光纤切割领域开发的一款控制系统。该系统基于睿达科技已经被广泛应用和稳定性验证的RDC6333硬件平台，配合睿达科技全数字自动调高控制系统，可以实现优良的光纤切割性能。系统人机采用5.6寸的全彩显示。整个系统工作是采用全脱机方式，提高了系统运行的稳定性。系统标配无线操作手柄，方便用户操作。

功能描述：S型加减速控制和自适应的速度前瞻处理有效保证了运动的平顺性；激光控制支持PSV和PSW方式，有效改善了激光切割效果；支持U盘接口，方便文件拷贝；板载256M超大容量非易失性存储器；可在线升级主板程序，方便厂家维护和客户功能的定制；系统自带时间系统，用于系统加密和分期付款管理；支持客户加工工时预览（预览准确率100%，预览时间和实际加工时间精确到毫秒级）；支持机器的反向间隙补偿功能；调高控制和运动控制集成管理，用户易于操作。

适配软件：MetalCut

应用领域：金属切割领域，钣金加工。

产品配件：RDC6333F 控制器，光纤激光器转接板，无线操作面板

电源：+24V，大于3A； 纹波小于0.1%

环境：－20度~70度

技术参数：峰值电压输出0~10V，纹波小于60mV；24V输出的PWM和激光开关信号，最大驱动能力可达500mA；电机控制信号差分输出，TTL电平，20mA驱动能力；电机控制脉冲频率最大500KHZ；支持以太网接口下载加工文件；板载存储空间256M；直线/圆弧/B样条插补精度+/-0.5脉冲；多路IO输出，最大驱动能力300mA。