激光振镜场镜原理.doc

光纤激光器原理：光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。光纤激光器特点光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值，光束质量好和窄线宽等优点。并且，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；超长的工作寿命和免维护时间，平均免维护时间在10万小时以上。 光纤激光器原理图1:峰值功率：脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如说 10 ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用 t 表示。这种激光器可以发出一连串脉冲，比如，1 秒钟发出 10 个脉冲，或者有的就发出 一个脉冲。这时，我们就说脉冲重复(频)率前者为 10，后者为 1，那么，1 秒钟发出 10 个脉冲，它的脉冲重复周期为 0.1 秒，而 1 秒钟发出 1 个脉冲，那么，它的脉冲重复周期为 1 秒，我们用 T 表示这个脉冲重复周期。 如果单个脉冲的能量为 E， 那么 E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。例如， E = 50 mJ(毫焦)， T = 0.1 秒， 那么， 平均功率 P平均 = 50 mJ/0.1 s = 500 mW。 如果用 E 除以 t，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peak power)，例如，在前面的例子中 E = 50 mJ, t = 10 ns, P峰值 = 50 10(-3)/1010(-9) = 5106 W = 5 MW(兆瓦)，由于脉冲宽度 t 很小，它的峰值功率很大。脉冲能量E=1mj 脉宽t=100ns 重复频率20-80K 脉冲持续时间T=1s/2k=？秒平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20WP峰值功率=E/t激光的分类：激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐 ，目前工业用红外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um红外激光, 氪灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光, 氙灯泵浦YAG激光器1.064um红外激光, 半导体侧面/端面泵浦激光器1.064um红外激光。激光器的种类分，可分为固体、气体、液体、半导体和染料等几种类型： （ 1 ）固体激光器一般小而坚固，脉冲辐射功率较高，应用范围较广泛。如：Nd:YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土元素，YAG代表钇铝石榴石，晶体结构与红宝石相似。 （ 2 ）半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。 （ 3 ）气体激光器以气体为工作物质(主要为惰性气体)，单色性和相干性较好，激光波长可达数千种，应用广泛。气体激光器结构简单、造价低廉、操作方便。在工农业、医学、精密测量、全息技术等方面应用广泛。气体激光器有电能、热能、化学能、光能、核能等多种激励方式。 （ 4 ）以液体染料为工作物质的染料激光器于 1966 年问世，广泛应用于各种科学研究领域。现在已发现的能产生激光的染料，大约在 500 种左右。这些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它们还可以包含在有机塑料中以固态出现，或升华为蒸汽，以气态形式出现。所以染料激光器也称为 “ 液体激光器 ” 。染料激光器的突出特点是波长连续可调。燃料激光器种类繁多，价格低廉，效率高，输出功率可与气体和固体激光器相媲美，应用于分光光谱、光化学、医疗和农业。 （ 5 ）红外激光器已有多种类型，应用范围广泛，它是一种新型的红外辐射源，特点是辐射强度高、单色性好、相干性好、方向性强。 （ 6 ） X 射线激光器在科研和军事上有重要价值，应用于激光反导弹武器中具有优势；生物学家用 X 射线激光能够研究活组织中的分子结构或详细了解细胞机能 ; 用 X 射线激光拍摄分子结构的照片 , 所得到的生物分子像的对比度很高。 （ 7 ）化学激光器 有些化学反应产生足够多的高能原子，就可以释放出大能量，可用来产生激光作用。 （ 8 ）自由电子激光器 这类激光器比其他类型更适于产生很大功率的辐射。它的工作机制与众不同，它从加速器中获得几千万伏高能调整电子束，经周期磁场，形成不同能态的能级，产生受激辐射。 光分为可见光和不可见光:是根据人的肉眼是否能看到来划分的。光的可见与不可见与光（或者说电磁波，光就是电磁波）的波长有关系，人眼能看到的电磁波的波长范围是400nm到760nm，400nm左右的是紫色光，小于这个波长的人眼就看不到了，是紫外线。760nm附件的是红色光，波长大于这个范围，人眼也感觉不到也就是红外线。波长为380780nm的电磁波为可见光。可见光透过三棱镜可以呈现出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的光谱。红色光波最长，640780nm；紫色光波最短，380430nm。 红640780nm 橙640610nm 黄610530nm 绿505525nm 蓝505470nm 紫470380nm 肉眼看得见的是电磁波中很短的一段，从0.4-0.76微米这部分称为可见光。可见光经三棱镜分光后，成为一条由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的光带，这光带称为光谱。其中红光波长最长，紫光波长最短，其它各色光的波长则依次介于其间。波长长于红光的(0.76微米)有红外线有无线电波；波长短于紫色光的(0.4微米)有紫外线 常见的可见光有:红光、紫光常用的是：红外和紫外，红外的如：YAG灯泵浦，CO2，半导体侧面/端面泵浦，光纤激光依据释放能量的方式可分为：连续和脉冲激光，连续激光是以稳定、连续的光束释放出能量，如二氧化碳、CW光纤激光器。脉冲激光的能量是以脉冲的形式释放的，即激光能量在一个固定的（也有可调节的）时间内（脉冲宽度）释放出来（称为一个脉冲），而每个脉冲之间的时间是可控的，依据脉冲宽度，此类激光又可分为长脉冲激光（脉宽为毫秒级）和短脉冲激光（脉宽为纳秒级），近年又出现了皮秒激光(1皮秒等于一万亿分之一秒(10E-12秒)。激光脉冲:指的是脉冲工作方式的激光器发出的一个光脉冲，简单的说，好比手电筒的工作一样，一直合上按钮就是连续工作，合上开关立刻又关掉就是发出了一个“光脉冲”。SCAPS打标卡功能介绍：1.USB1.1-2.0与连接，实时计算激光及振镜信号，在线网格校正2.适用于几乎所有激光器（位数字及2.5V/5V/10V模拟输出）3.XY2-100数字接口和XYZ通道 4.6路光隔离I/O, RS232界面和用于飞行打标时光电编码器信号输入。 5.通用二维打标 6.XYZ三维运动平台（硬件） 7.三维打标系统（软件） 8.双头及四头打标 9.脱机操作10.远程维护振镜的原理：振镜:是一种特殊的摆动电机 ,基本原理是通电线圈在磁场中产生力矩 ,但与旋转电机不同 ,其转子上通过机械纽簧或电子的方法加有复位力矩 ,大小与转子偏离平衡位置的角度成正比 ,当线圈通以一定的电流而转子发生偏转到一定的角度时 ,电磁力矩与回复力矩大小相等 ,故不能象普通电机一样旋转 ,只能偏转 ,偏转角与电流成正比 ,与电流计一样 ,故振镜又叫电流计扫描振镜,常简称为扫描振镜.振镜的原理是：输入一个位置信号，摆动电机（振镜）就会按一定电压与角度的转换比例摆动一定角度。整个过程采用闭环反馈控制，由位置传感器、误差放大器、功率放大器、位置区分器、电流积分器等五大控制电路共同作用。模拟振镜容易受到周围环境的电磁辐射干扰，所以在使用过程中会出现有散点，线条弯曲，填充具有不规则底纹等现象。 数字振镜使用数字信号进行运算来控制电机，能够有效抑制环境干扰，即使工作环境电磁干扰严重，也可以正常使用。激光扫描振镜工作原理：一束激光被两片扫描振镜反射，并且通过一片聚焦镜。振镜片在马达的带动下高速的来回延轴旋转,达到改变激光光束路径的目的。在大多数情况下,最高偏转角镜是+12.5(+10往往是一个较安全范围)入射角不能偏于45。 镜片1（X轴）的宽度是由光束的直径所决定的。镜片2（y轴）的宽度应该等于振镜1的长度。镜片2的长度就是光束打在第二个镜片上时同S1的距离，和最大入射角q。光斑尺寸 光斑尺寸下限d (1/e2 亮度直径) 相对于激光光束直径D (1/e2)是d = 13.5QF/D mm例如：一束TEM00(Q=1) 的直径是13.5mm(1/e2)用一个焦距100mm的理想聚焦镜片，焦距出来的点的直径是100mm（带入一个实际数值Q=1.5, 焦斑尺寸应该是150um.） 光的速度和光学畸变可导致聚焦点大小都大于最低衍射值。大尺寸范围需要使用长焦距镜头。相反的，这会导致更大的聚焦点，除非把光束直径大小， 振镜大小，和镜头直径全部加大。F-Theta镜（平场聚焦镜）原理F-Theta平场聚焦镜是激光打标机的重要配件之一，目的是将激光在整个工件标刻平面形成聚焦。其性能指标主要有以下几条：1.扫描范围。镜头能扫描到的面积越大，当然越受使用者的欢迎。但是如果一味的增加扫描面积，会带来很多的问题。如光点变粗，失真加大等等。2.焦距（跟工作距离有一定关系，但是不等于工作距离）。a.扫描范围跟场镜焦距成正比-扫描范围的加大，必然导致工作距离的加大。工作距离的加长，必然导致激光能量的损耗。b.聚焦后的光斑直径跟焦距成正比。当扫描面积达到一定的程度后，得到的光点直径很大，也就是说聚得不够细，激光的功率密度下降非常快（功率密度跟光斑直径的2次方成反比），不利于加工。c.由于F-Theta场镜是利用的y=f*的关系来工作的，而实际的和tg的值还是有区别的。而且随着焦距f的加大，失真程度将越来越大。3.工作波长。目前市场上使用的多半是1064nm和10.6um两种。但是随着激光器的发展，532nm和355nm及266nm的场镜也会有相应的应用。场镜优劣主要评定系数：1,平面聚焦均匀性，整面聚焦越均匀，质量越好。2,激光透过率，即功率损耗，激光透过率越强，功耗越低，表示质量越佳。单片镜与双片镜6