引言
L..X)-D2 n WO(&<(? 現(xiàn)有
激光快速成型系統(tǒng)使用的激光
光源大都是氣體
激光器。氣體激光器具有體積大、可靠性差、壽命短、
光譜固定不可選等缺點(diǎn)，因而我們要研究新型的能量源。與氣體激光器和其他固體激光器相比，
半導(dǎo)體激光器具有體積小，功耗低，壽命長，光譜可選等優(yōu)點(diǎn)而成為許多領(lǐng)域如固體激光器的泵浦、激光打印、掃描、顯示、數(shù)據(jù)存取、遙感、光通信等的重要光源。而另一種國際上近來發(fā)展的可應(yīng)用于快速成型技術(shù)的激光器-光纖激光器具有散熱面積大、光束質(zhì)量好、體積小巧等優(yōu)點(diǎn)，也已在高精度
激光加工、光通信、激光雷達(dá)系統(tǒng)、空間技術(shù)、激光醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。
ZAM+4#@ W6xjqNU 1 高功率半導(dǎo)體激光器線陣
EAd:`X,Y >p H775I= 高功率半導(dǎo)體激光器線陣是由分立的激光源經(jīng)過特殊加工方法形成一定間距的發(fā)光陣列，所發(fā)激光束經(jīng)快軸、慢軸準(zhǔn)直
透鏡準(zhǔn)直后，保證在前方工作平面上形成一條一定寬度的激光束;兩排這樣的線陣交叉補(bǔ)償組合形成一連續(xù)的線陣能量源。各激光源由微機(jī)控制，其發(fā)光與否可實(shí)現(xiàn)激光束的變長線。
Z/05 wB 2eR+dT 1.1 微透鏡準(zhǔn)直器
"O*W]e ~~:8Yv[( 如圖1所示，高功率半導(dǎo)體激光器出射光束的發(fā)散角大，慢軸方向約為10°，快軸方向則可達(dá)40°。另外，它的發(fā)光面尺寸大，慢軸方向可達(dá)150μm甚至200μm，大于
光纖端面尺寸，所以提高光纖禍合效率尤其困難。只有使用非球面透鏡將激光光束匯聚到光纖輸人端，才能提高禍合效率。德國LIMO 公司使用微柱面透鏡陣列對線陣半導(dǎo)體激光器(laser bar)進(jìn)行光纖藕合。其中快軸方向使用一條狀平凸柱面透鏡，慢軸方向使用一微柱面透鏡陣列。如圖2所示，其中1為半導(dǎo)體激光器線陣，2為快軸準(zhǔn)直器，3為慢軸準(zhǔn)直器。準(zhǔn)直后的剩余發(fā)散角可按下面公式進(jìn)行計(jì)算。
C8W`Oly:] |Q)w3\S$ 式中 : α為準(zhǔn)直后的剩余發(fā)散角;d為激光元出射尺寸;NA為孔徑光欄直徑;somax為微透鏡陣列到激光元出射面的最大距離;K為激光束功率下降到中心1/d2值的直徑所對應(yīng)的發(fā)散角。
PSQ:' 7" STS7_ 1.2 激勵(lì)電源
FvNSu"O~K1 R5;eR(24G 采用精密大電流可調(diào)電流源與限流功率開關(guān)組成的激勵(lì)電源。要求低導(dǎo)通電阻、高響應(yīng)速度和有防浪涌限流保護(hù)。目前，商品化的半導(dǎo)體激光器線陣(激光二極管厘米條)激光元并聯(lián)連接，均由專用的大電流恒流電源供電。如OPTO POWER公司的40W半導(dǎo)體激光器線陣可用OPCPS4005電源提供高達(dá)50A的電流，但無法獨(dú)立驅(qū)動。.對于能分別驅(qū)動的高功率半導(dǎo)體激光器線陣而言，每個(gè)激光元功率不到1W，僅需小于2A驅(qū)動電流。國外市場有相應(yīng)的商品電源，如THORLAB公司的LD3000模塊，可提供最大為2.5A的恒流電流，具有保護(hù)激光器的慢啟動功能，和外接電流控制端，線陣的每一個(gè)激光元可用一個(gè)模塊來驅(qū)動，但成本較高。
L I|HET_ eeJt4DV8v 2 高功率光纖激光器線陣
}B
'*8^S V-ouIqnI 高功率光纖激光器線陣采用多個(gè)高功率半導(dǎo)體激光器與多排光纖耦合，再利用準(zhǔn)直鏡陣列對出射光束進(jìn)行準(zhǔn)直，保證在規(guī)定距離的作面上形成激光束線陣。
kdMS"iN8x BfE- s< 2.1 高功率光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)
nk3< ]u +l?ro[#6&. 1)包層泵浦技術(shù)
,8o*!(uO2 qD%&\ZT 采用雙端非對稱泵浦作為大功率雙包層光纖激光器的泵浦方式。雙端非對稱泵浦存在最佳光纖長度使輸出功率最大。當(dāng)雙端泵浦功率分別為60w和240w時(shí)，光纖長度為16m時(shí)光纖輸出功率最大。另外，腔鏡對光纖輸出功率也有一定的影響，前端鏡對激光信號應(yīng)該具有很高的反射率，而輸出鏡的反射率應(yīng)越小越好。
oJJ k rD
U6 5j 2)泵浦耦合技術(shù)
(F
' aLk2#1$g 采用泵浦耦合技術(shù)能有效地將半導(dǎo)體激光器泵浦耦合進(jìn)行雙包層光纖。理論計(jì)算，此種耦合方法的耦合效率可以達(dá)到90%以上。微型
棱鏡耦合法對光源的光束質(zhì)量要求較低，一般的大功率半導(dǎo)體激光器陣列經(jīng)過光束整形都能滿足要求。另外，它對光纖本身幾乎沒有損耗，而且易于加工，是比較理想的雙包層光纖耦合技術(shù)。
.
