光纤激光YAG灯泵浦激光器半导体激光光斑效率区别使用技巧
光纤激光器yagYAG灯泵浦激光器 半导体激光光斑效率区别使用技巧
光纤激光器和YAG灯泵浦激光器原理区别
光纤激光器的电光转换效率高达28 %，而YAG灯泵浦激光器只有1.5%～2%
不用更换灯管，因而更加省钱：光纤激光器中使用了寿命长达10万小时的电信级单芯结半导体激光管
所有功率级的光斑大小和形状都是固定的
免维护或低维护
备件极少
风冷或基本不需要冷却
体积相当小
工作距离更长
不需要调整
无需预热，立即可用
设计上，光纤激光器产生的热量更少，对所产生热量的管理更为有效。掺镱半导体泵浦光纤激光器（泵浦波长980 nm）比掺钕YAG二极管泵浦激光器（泵浦波长808 nm）的量子亏损（即泵浦能量和发生能量之差）低。另外，光纤激光器的光光转换效率通常为70-80%，而泵浦YAG仅约为4%，旭华半导体泵浦YAG和盘形激光器约为40%。由于激光始终被包含在光纤内，因而激光腔内不会存在其它导致激光损失的因素。
半导体阵列激光器原理
激光阵列（又名整体激光半导体阵列）由多个并联安装于晶体材料发光体组成，由于发光体之间的连接区域热密度大，热干扰强，半导体阵列必须采用软焊料（铟）安装在铜材料上，并且采用水冷装置，该装置利用流过铜材料中的细微镀金沟道（被称为微沟道冷却器）的高速、高压水流实施主动式冷却。但是，系统中的冷却水必须保持极度清洁且PH值中性，原因是沟道由于受穴蚀和侵蚀的影响会在相当短的时间内坏掉。而保持水质标准是相当困难的，尤其在工业环境下。铜散热材料和半导体阵列半导体属于完全不同的材料，包括其热膨胀系数。在实际工作状态下，由于频繁的开关操作，半导体阵列的性能下降非常快，比制造商在确定设备特性时使用恒定驱动电流的状态下要快得多。
激光器的选择按照熔深大小可分为：小于0.01in、0.01~0.03in和大于0.03in。一般来说，可以选择多个激光源来完成焊接，但是出于对性能和预算的考虑，往往只能选择一到两个光源。当然，最后的决定可能还会受其他很多因素影响，比如样品质量、地理因素、售后服务、系统集成商的偏好等，当然可能还会受人缘关系影响。
小于0.01in焊缝熔深
主要采用脉冲Nd:YAG激光器，其次是光纤激光器。在考虑部件装配、接头形状、材料和镀层等情况下，需要对整个焊接过程有更好的控制，脉冲Nd:YAG激光器则是最佳的选择。采用高峰值功率可以产生光点尺寸大于1000微米的焊接光束，在选择焊点尺寸时具有较大的灵活性，从而使焊接本身的工艺窗口最大化，同时保证在生产环境中必要的容差。
光纤激光器是该分类中唯一一种连续波激光，因为光纤激光器可以使光束聚焦后的光点尺寸小于25微米，这样就可以获得焊接所需要的高功率密度。为了保证在微加工领域的价格竞争力，光纤激光器功率一般不超过200W，这样也就限制了其最大的光点尺寸，无法提供足够的功率密度，一般焊点尺寸不超过75微米。这是光纤激光器一个最大的限制，这样在实际生产中，按配合公差和叠加公差来调节接头/部件时，往往无法保证±15毫米的误差范围。
光纤激光器主要用于为了保证稳定性对焊点要求很高的厚度较薄材料的搭焊中。光纤激光器采用焦距为150mm的镜头可以产生直径小于25微米的光点，这样给加工带来了足够的操作空间。光纤激光器采用搭焊焊接可以以较高的速度获得熔深达到0.01in甚至高于0.01in的焊缝；200W单模式光纤激光器在高达50in/s速度下可以获得0.004in的熔深。
相比较来说，脉冲Nd:YAG激光器除了薄箔片焊接外在这个区间可以满足所有的应用。该激光器的光点尺寸、脉冲宽度以及峰值功率范围都较大，因此在经过调节和优化后几乎可以满足各种焊接需求。
0.01~0.03in焊缝熔深
上面所说的脉冲Nd:YAG激光器和光纤激光器的应用分类在这里依然有效，但是范围较窄。脉冲Nd:YAG激光器用于大多数的点焊加工，而采用约500W功率且光点直径为0.01微米的光纤激光器可以用于低容差的对接焊和角焊中。脉冲Nd:YAG激光器的性价比相对较高，500W和25W功率的激光器可以在不同焊接速度下带来不同的焊缝熔深；峰值功率可以保证熔深性能而平均功率可以保证缝焊的焊接速度。
功率在500~800W之间的二极管激光器可以焊接容差较大的部件，速度一般要比光纤和碟式激光器慢，但是较大的容差可以弥补这一不足。
焊缝熔深大于0.03in
所有的激光器都适用于此范围。脉冲Nd:YAG激光器可以达到的熔深约为0.05in，而其他类型的激光器可以达到0.25in，有些甚至超过0.5in。一般来说，该范围内脉冲Nd:YAG激光器所适用的焊接部件都比较小，如采用缝焊的压力传感器等元件。除此之外，在速度和熔深方面，汽车行业基本涵盖了几乎所有的应用范围，光纤、CO2、碟式和二极管激光器都可以选择使用。
寻求平衡
这些激光源最主要的区别是光束质量、亮度和波长。光束质量指的是激光的可聚焦性，亮度指被聚焦光束内的功率密度。举例来说，CO2激光器和光纤激光器的光束质量差不多，这样如果其他参数都一样的话，它们可以聚焦成为直径相同的光点。光纤激光源的波长是CO2光源波长的十分之一，因此光纤激光源可以产生的光点直径就是CO2光源的十分之一；而光纤激光源的光束质量和亮度则更好。
在激光焊接中，熔深和速度是与光束质量和亮度成正比的，而焊接稳定性和容差与光束质量和亮度却没有那么直接的关系。因此，焊接性能和质量以及工艺窗口的宽度之间必须寻求一种平衡。需要知道的是，为了满足实际需求，可以将光束的质量调低，但是无法将较差的光束变好。
在0.25in熔深时，以上几种激光器的焊接速度非常接近；光纤和碟式要比CO2速度快，而二极管要慢于CO2。采用较高功率激光器进行焊接通常需要两班倒的方式，这意味着选择哪一种激光器还与采购激光器的成本有关。虽然CO2激光器拥有大量的用户，而且他们对这种技术也非常熟悉，不过与光纤、碟式和二极管激光器相比，CO2激光器单次焊接的成本要高很多。
激光焊接在熔深需求超过0.25in的焊接应用中与等离子和弧焊相比要更有优势，可以大大减少热变形。热变形的减少可以维持部件的几何形状，这样就不必再对部件几何外形进行重新处理。部件配合在这种厚度下可能会带来问题，可以采用填丝或将激光焊与等离子焊及弧焊相结合的工艺流程。
导致半导体阵列发射故障的其它原因来自半导体阵列自身，半导体阵列的寿命通常由其“最弱”的发光体决定。为了提高半导体阵列性能和散热能力，通常使用导热性能好的铟作为软焊料连接阵列与微沟道冷却器。当驱动电流很大时，铟会发射电迁移现象，进而在瞬间发生故障。
激光器原理许多半导体阵列制造商往往根据使用时间长短确定其使用寿命。而激光的单管散热材料与半导体芯片的热膨胀系数相同，旭华光纤激光使用的电信级硬焊料不存在电迁移问题，根据光纤激光器的大小，旭华光纤激光器或者采用高速风扇进行风冷，或者在散热装置下方采用不锈钢管路进行水冷，二极管不会与冷却水发生接触。半导体光纤通过光纤直接送至激活介质实现接续，从而避免了空气与激光介质接触而造成污染。单管的寿命与其工作电流之间存在直接关系，所有工业旭华光纤激光器半导体的设计电流使其使用寿命（平均无故障工作时间）能够达到10万小时以上。半导体光源的寿命并非单独确定，而是与光纤激光器或放大器的整个质保期相同。
光纤激光器原理，这是一个光纤输出在工件上成像的过程。旭华激光的光斑大小等于光纤直径乘以准直器的放大率和最终聚焦透镜直径。例如，如果光纤直径等于50μm，准直器的焦距等于 60 ，最终聚焦透镜 的焦距等于300mm，则最终光斑尺寸等于SS= 50x 300/60= 250微米。光纤直径、准直器、最终聚焦透镜可根据光斑大小要求进行调整。光斑大小不随额定功率的5% ～ 105%动态范围发生变化，对于单模激光器，在使用低阶模激光遮蔽装置时，光斑大小为高斯光束光斑。
各种光斑适用于的场合100μm光纤用于切割，200μm用于焊接，400μm或400μm以上用于熔覆或热处理。
各种激光光源激光器原理的适用效率
| |
二极管泵浦YAG工作原理图
冷却: 由于光纤激光器的效率高，因而对冷却的要求就低，用电就少。小功率光纤激光器只需要空气冷却即可，高功率光纤激光器采用水冷，与其它同等的激光器技术相比更加简单，成本更低。冷却还取决于生产环境的特殊性。
消耗品/备用件: 由于光纤激光器采用了更加高效的设计（热量管理效率更高）和采用了电信级单芯结泵浦源，因而为您节省了备用件（例如灯和半导体阵列）、劳动力和停产时间。许多YAG中使用的灯和半导体阵列的使用寿命分别约为2000小时和20000小时，仅相当于激光单芯结10万小时平均无故障工作时间的几分之一，这意味着在激光器的使用寿命内，您不必更换模块。如果您使用全固态光纤转光纤激光器的话，会节省更多，因而不需要像传统的激光器那样进行光学装置调整或维护，如共振腔镜、晶体、液体、滤光片。
维护: 光纤激光器不需要维护或者仅需少量维护，具体取决于输出功率及其它因素，而传统激光器则不然。不需要调整光学装置，没有预热时间和消耗品/备用件。从而为您节省一大笔维护费用。
资本成本: 一台光纤激光器可同时完成切割、焊接、钻孔等多种操作，使您不必针对不同的操作单独购置不同的激光系统，从而降低您的投资成本。
