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光纤激光器的原理及应用
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&&由于在光通信、光数据存储、传感技术、医学等领域的广泛应用,近几年来光纤激光器发展十分迅速,且拥有体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等明显优势。本文简要介绍了光纤激光器的基本结构、工作原理及特性,并对目前几种光纤激光器发展现状及特点做了分析,总结了光纤激光器的发展趋势。
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光纤激光器在首饰行业的应用前景
英国巴斯大学物理系研究人员开发出提高下一代玻色激光器效率的新技术，验证了这种的性能能够得到改进，并具有用于未来技术装置小型化的潜力。
玻色激光器通常用于卫星进行环境监测、天文学、安全和非破坏性试验、成像以及医学应用，但是体积庞大且昂贵。研究过程中，研究人员展示了如何利用玻色激光器产生太赫兹射线，并验证了激光器所需功率能够改变和减少，或者改变太赫兹射线的强度。
新技术在从DNA芯片到皮肤癌的诊断、激光手术、爆炸物检查等等各个领域都具有应用潜力。信息和通信技术，包括无线通信、高速数据处理和卫星通信等也将从这项技术中获益。同时，玻色太赫兹激光器可以与传统的LED协同工作，这是一种全新的方法，将有利于新型光芯片的小型化，从而有助于研发新型装置和进一步扩展应用。
自1960年美国科学家梅曼研制出第一台红宝石激光器以来，随着世界科技与经济的飞跃，激光技术也有了快速的发展，被广泛地应用于各行各业，为传统工业的技术改造和制造业的现代化提供了先进的技术装备。激光加工技术引入珠宝首饰业以后，以其高速度、高精度和方便性而广受欢迎，得到了越来越广泛的应用，逐渐成为珠宝首饰企业不可或缺的重要设备。&
激光焊接优点
激光焊接具有高焊接强度与速度、低废品率的特点，被广泛地应用于现代制造业中。在首饰制造业中，与传统的焊接技术相比，激光焊接具有明显的优点。
1.速度快、强度高、变形小，焊接后无矫形和清理。
首饰制造企业广泛采用激光焊接技术的最大原因就是其焊接速度快且变形小，焊接后不需要矫形和清理。虽然激光焊接比传统的火焰焊接更快，但操作者通常是手持或用夹具特工件，一次只能焊接一件。由于大多数首饰用激光焊接工作室都不大，不能一次处理大量的工作，因而焊接的时间会略有增加。但焊接后，由于清理工作减少，所节省的时间足以补偿焊接的时间。激光焊接可在惰性气体的保护下进行，不会在产品上留下火斑，因而焊接时无须添加助溶剂，焊接后也不需酸寖处理。总体上，激光焊接的生产效率更高。
2.适合焊接精密工件，可确保工件的质量。
由于激光束聚集后可获得很小的光斑且能精确定位，适于大批量自动化生产，不仅生产效率打打提高，且热影响区小，焊点无污染，极大地提高了焊接质量，降低了废品率。如电镀Au 质量分数为58%、Ag质量分数为2%的14K合金首饰，采用火焰焊接，Ag产生退火，使饰品的整体硬度从Hv=145降低约一半，如果从齐腰的高度跌落地上会摔出凹痕。而采用低功率、高速度的激光焊接，由于热量集中，工件不会发生退火，因而不会影响工件的强度。
3.装配精度高，有助于开发新的首饰生产工艺。
由于珠宝首饰业引用了激光焊接技术，改变了人们传统的首饰设计思维方式。借助激光焊接技术，可制作一些结构特殊的首饰款式。而在过去，由于受传统焊接技术的限制，这些特殊结构的首饰难以完成或达不到质量要求。激光焊接可在很窄的区域内进行，更易于将不同类型的合金材料焊接到一起，因此，两个组件间的颜色或组织可以突变，不会互相混合。激光焊接的狭窄工作区域使之在湿润性、连接健全性和热影响区的晶粒尺寸上都有别传统的焊接技术。
4．一致性与稳定性好。通常不用填充金属和焊剂，就可使工作局部熔化而直接焊接。
5.可简化工件的修理工作，如修复靠近宝石的金属和清除铸件的孔洞等；还可焊接距较复杂、热敏感部件0.2mm的部位，如铰链，钩，扣件，镶口等。
6.不污染环境。在激光焊接过程中，不需使用焊料与溶剂，也不需用化学溶剂清洗工件，因此，没有废料处理的问题。
7.可节省金属材料。采用传统的焊接技术时，一般需求金属厚0.2mm；而使用激光焊接，可减薄到0.1mm，因而饰品的重量可减轻35%~40%，这对电铸工艺产品尤为重要。激光焊接不仅可以节省贵金属材料，还可以节省焊料，而且在多重焊接是，不必使用不同类型的焊料。
首饰制造业常用的激光焊接机的功率较低，最具有最大的安全性、紧凑、方便移动的结构特点，操作者可舒适的坐在机器旁操作。
&典型的首饰用激光焊接机可以快速、可靠、准确地焊接大部分金属和合金，但其效率在很大程度上取决于目标材料的性能。连续组建或修复铸件可以在可视控制下通过一个或多个激光脉冲完成，通常一个脉冲持续1~20ms。采用立体显微镜及十字交叉线可以准确地定位焊接部位，在视场内微调工件的位置。工作环境通常为大气气氛，如果将空气或者惰性气体注入工作区可起到冷却作用，惰性气体还可以提高合金的焊接质量。
1.3 合金材料对激光焊接效果的影响
& & 不同的合金材料其激光焊接的效果不同。在激光焊接机的控制参数相同以及每次焊接脉冲传递的热量相同的条件下，由于合金材料表面吸收热能的比例（而不是反射热能的比例）不同，导致买个脉冲的融化效果不同。具体的影响因素包括从室温到熔点的热量、熔点、融化潜热以及热导率。不同的材料具有不同的热导性、融化温度和结晶潜热，这些因素集中到一起，就会对有效焊接所需的能量产生明显的影响，只有表面吸收了足够的热量，才能进行焊接。
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{"database":{"Post":{"":{"title":"全球激光行业发展现状及趋势展望","author":"ji-guang-xia","content":"　　日，德国机械设备制造业联合会(VDMA)下属的“用于材料加工的与激光系统”工作委员会在德国斯图加特召开了年度新闻发布会，出席该会议的业界嘉宾包括德国通快集团（Trumpf) 的研发及生产总经理Christian Schmitz博士、德国Laserline公司的董事总经理Christoph Ullmann博士、德国Rofin集团的高功率事业部副总裁Thorsten Frauenpreiss先生，以及该工作委员会的负责人Gerhard Hein先生。会议主要对包括德国、美国以及亚洲等国家和地区在内的全球激光行业的发展现状和趋势做了回顾和展望，阐述了各激光产品和技术在不同战略市场的应用潜力和前景。在本期中，您将先看到第一部分的内容。　　全球激光技术和应用趋势摘要　　● 拓宽超短脉冲激光应用的用户基础　　当前，国际市场对工业型超短脉冲激光器的需求受到部分利基市场应用（高件量）的推动持续保持高位水平，特别是在消费电子应用领域。另一方面 ，越来越多的独立项目和应用（低件量）正为该激光器提供了良好的市场基础。其中包括各产业部门的一系列微孔钻削、微结构化以及微切削工艺应用领域。通快超短脉冲激光器用于激光表面处理，在金属表面制造微细结构以结合两种材料。　　● 固体激光器的应用和功率需求　　在欧洲市场，激光切割应用趋向于使用功率更高的固体激光器(SSLs)；而在中国，切割功率在2kW以下的同类激光器的市场正处于增长中。　　此外，固体激光器在机床加工中的应用趋势持续得到深化。今年，就该业务板块来看，预计60%的机床产品都将配备固体（系统），有明确迹象显示，该份额有望超过70%。　　固体激光材料加工使用的连续（波）激光器的发射功率也经历了相对比例的增长，大于3kW。同时，所使用的光源的平均输出功率也有所增加。　　出口到亚洲地区约四分之三的激光器产品的输出功率为2到4KW。目前，应用于工业领域的中等功率的固体激光器的需求水平尤为强劲，尤其是在中国。　　● 增材制造的增长潜力　　若干年来，金属零件的激光增材制造（也被称为3D打印）市场一直保持约4%的年增长率，凸显其作为一个增长率超过25%的加工领域的重要性。话虽如此，该产业部门也正对其从探索阶段向成熟工业转型过程中所彰显的价值重新进行评估。　　激光增材制造技术主要的应用领域包括航空航天、能源、牙科和医疗等行业。其趋势是使用更大的机器来对金属进行激光熔融，以实现更高的增材率、提升可靠性，以及将增材制造流程与生产环境进行集成的整体概念等一系列目标。　　这些趋势已触发行业全力开发用于协调激光熔融工艺中的激光并行发射手段，从而提高下一代机器实现零部件批量生产的竞争力。　　● 超高强度钢材的激光切割热潮持续不退　　2016年，基于汽车行业持续推崇“轻量化”设计的趋势，在很大程度上助推超高强度钢材的激光切割系统（设备）的销售保持在高位水平。　　● 极紫外光刻（EUV）技术保持可喜的发展势头　　作为柔性钣金加工机床和工业激光器的市场领导者，通快（TRUMPF）集团的Christian Schmitz博士表示通快研发的极紫外激光器预计将迎来可喜的发展势头。ASML公司购买了通快的紫外激光器用于开发极紫外光刻(EUV)设备，从而能够在半导体芯片上雕刻小于10纳米的结构。通快CO2 激光器TruFlow用于极紫外激光光刻应用。　　“当前EUV技术正继续朝着大规模生产应用的方向不断发展。这些极紫外激光设备的生产力和可用性不断提高。越来越多的半导体制造商订购通快的EUV极紫外激光器用于他们的生产。预计我们的客户ASML公司在2016年将购买6-7台。”Schmitz博士说道。　　● 消费电子产品领域：准分子激光器对于推动激光剥离应用的高需求潜力发挥重要作用　　目前，用于生产显示器（激光剥离，激光退火）的纳秒级脉冲高功率紫外固体激光器的市场正处于持续开发中，这些应用领域过去曾是准分子激光器的天下。固体激光器展现出超越准分子激光器的几个优势。例如，他们较高的脉冲重复率可以支持工艺流程的可扩展性以及实现更高的生产力。最重要的是，固体激光器的维护需求相当少，因而是工业规模生产领域更令人信服和理想的解决方案。　　● 工业4.0为激光打标带来庞大的市场潜力　　以“自动化”和“智能制造”作为关键字的工业4.0为激光打标的销售业务提供了庞大的潜力。这里重要的是关注在数字网络生产环境中实现零部件、组件和系统的独特打标。这将有助于在整个价值链体系中对类型、序列号、生产日期，生产厂家以及过程信息等细节要素进行高效追溯和监测。　　激光器镌刻数据矩阵编码或纯文本具有三种优势。首先，激光标记具有极佳的耐久性、耐清洁剂及耐磨损等性能。其次，激光标记可以在不需使用胶粘标签、RFID芯片或墨水等消耗品的情况下被直接镌刻到所有常规材料未经处理的表面上。最后，条形码可以使用一款摄影系统扫描后用于进一步处理。　　亚洲激光市场的发展现状和趋势　　亚洲的激光市场在很大程度上仍然受到中国经济产值的制约和影响。近年来，基于中国整体的经济概念是面向出口，因而该国被视为世界的“工作平台”。然而，中国迅速增长的人口驱动其对基础设施、移动性、医药产品的需求水平持续攀升。　　最近，有消息宣布在未来三年内，中国将耗资6,300亿欧元（折合人民币约4.7万亿元）来打造迄今为止最大的基础设施项目，旨在提振中国略显疲软的经济，并且弥补许多工厂没有得到充分利用以及产能过剩等一系列问题。近年来，中国强劲的增长势头、国人在质量观念方面的转变以及高素质工人的增加等因素都促使该国的工资水平呈螺旋上升态势。同时，中国很多的生产业务被外包到其它制造成本更低的国家，削弱其在全球业已建立的“生产成本”优势和地位。然而，尽管中国的经济增长步伐相对较缓慢，却未曾失去其令人印象深刻的种种特征。　　● 机械制造业　　激光源和激光切割设备的制造商仍然被吸引到中国市场。就低功率和中功率范围（1-2KW的激光输出功率）的产品来看，其在2015年的市场需求尤为强劲，特别是光纤激光器。未来光纤激光器市场份额将以高功率材料加工领域为主要增长来源。中高功率光纤器将成为国内光纤市场的发展趋势。另一方面，越来越多的本地激光器制造商正不断涌入该细分市场，从而使一些知名品牌陷入价格竞争压力。罗芬FL系列光纤激光器在金属材料切割领域发挥出显著的功效　　与此同时，激光切割机相对低廉的价格也正推动了激光器在冲压作业中的应用，该市场目前的一个明显趋势是将光纤激光器应用于激光切割机领域。虽然增长速度并不是完全相同，我们确实看到所有其它亚洲地区从CO2激光器转向使用光纤激光器的趋势，例如台湾。　　这一趋势在日本也非常明显；之前，日本的本地制造商仍然以使用CO2激光器为主。继中国之后，日本如今已成为全球第二大规模的激光切割设备的目标市场。　　● 汽车制造业　　过去十年内，大量欧洲和美洲地区的汽车制造商不仅在中国建立了生产工厂，同时也在泰国、印尼和马来西亚等亚洲地区建厂。这种趋势将继续深化，且一并带动汽车零部件行业的发展。这其中，也包括许多来自日本和韩国的知名汽车制造品牌，而在未来几年内，亚洲将跃身成为全球最大的汽车制造商。　　此外，激光在汽车及零部件供应行业的应用正在经历同样强劲的增长。传统的激光切割、激光焊接和激光打标技术在车身制造领域的应用已实现了显著的扩张，这主要得益于激光材料范围的持续拓宽以及更多汽车电子器件的使用，从而促使激光技术在粘合剂制备、表面活化、不同材料的接合以及钻孔等领域获得更多大显身手的机会。　　罗芬的动态激光焊接系统可在最短时间内实现任意形状组件的多点焊接，多用于汽车座椅及固定件的生产。　　另外，汽车零部件供应商必须能够满足和应对复杂性日益增强的要求。如今，这些零配件供应商仅开发标准型的配件产品是极为罕见的事儿。越来越多的汽车制造商要求开发出专门针对他们实际需求的完整模块和系统。因此，零部件供应商不得不将他们的产品线和技术延伸到复杂的工程领域，并且在制造过程中广泛采用柔性生产技术。此外，电动车辆的增长也进一步突显了电池制造商的重要性。　　● 消费品行业　　毋庸置疑，亚洲是全球消费品行业的“生产热点地区”，以其消费电子业占据领先地位。预计到2019年，亚洲地区的智能手机用户规模将达到26.6亿（2015年该数字为18.6亿），这一市场正呈现“爆发式”的增长 — 并且带来了大量的激光应用潜力。智能手机制造除了应用传统的激光切割、激光焊接和激光打标技术外，更多新型的激光工艺正大显身手，助推了增长势头。例如：基于超短脉冲激光器的玻璃切割工艺。这类激光器主要被用于切割使用硬化玻璃和蓝宝石玻璃等材料制成的电视屏、电脑屏、平板电脑和显示屏。另外一个例子是用于焊接移动电话的摄像模块的低功率二极管激光器。　　此外，激光器在纺织行业的应用也取得了巨大的成功和高速的增长。例如：封离型CO2激光器被用于加工纺织品；而过去，这些工艺通常是采用喷砂手段完成的，但因为喷砂工艺对服装行业的从业人员造成很大的健康风险，从而在大多数地区已被禁止。许多用于这些领域的激光加工设备发源于西班牙或意大利，然而今天，越来越多的激光设备仍然是由中国制造商提供的。CO2激光器不仅能够加工牛仔裤，同时也能加工皮鞋和手袋等产品。　　最后，同等重要的是，越来越多的激光器被用于各类消费品的包装领域。消费品行业给予产品包装的重视度与产品本身是同等的，因为产品包装是影响消费者购买决策的重要因素。现代包装旨在提供一种具有吸引力的产品展示以及品质保持的解决方案。就包装领域而言，日本和韩国是亚洲地区的市场先驱，这些国家的包装必须符合高品质要求。　　据市场研究公司BBC Research最新发布的市场报告显示，预计到2020年，全球工业激光器的市场规模将有望从2015年的46亿美元增长至63亿美元；五年内将实现6.6%的复合年均增长率（CAGR）。其中，消费电子领域是工业激光器最大的终端应用产业，其市场总额将有望从2015的15亿美元增长至2020年的20亿美元。　　从地域上来看，亚太区仍将是全球工业激光器的最大市场。报告指出，“随着大量企业实体的涌入，以及业界对自动化的关注程度日益提升，因此在中国、日本和韩国等主要市场，工业激光器市场都将呈现出大幅增长。”　　● 医学工程行业　　人口的快速增长以及寿命的延长无疑对医药产品产生了更高的需求。除了已知的激光工艺和技术外，受到不断变化以及充满活力的市场进程、个性化需求的提升以及材料多元化发展趋势等因素的推动，更多创新的激光应用正保持恒定的发展走势。　　这里的一个案例是用于加工如生物可吸收型合成聚乳酸以及生物可吸收型镁合金等新型材料的超短脉冲（USP）激光器。然而事实上，USP激光器也同样适用于切割现代人工晶状体，并且不会产生任何变形。此外，越来越多的医疗产品正广泛应用各种灵敏的电子元件。基本上，USP激光器对这类应用领域而言并非新生事物。相反，它结合了几种熟悉的工艺流程，并且较之其它替代型的生产手段而言，呈现出更多的优势。　　2014年，中国的医学工程市场经历了两位数的增长，并且这一领域的专家预测未来五年，该产业板块的市场增长率将达到10-20％。　　● 半导体和光伏行业　　在亚洲，半导体产业无疑是另外一个重要的市场板块。这里特别需要指出的是，自半导体生产诞生以来，激光刻字一直是标准的生产工艺。然而，过去的几年也已陆续看到了其它工艺方法的出现，例如晶圆加工工艺。此处值得一提的是作为全球两个最大的半导体制造商之一的台湾。当然，日本、韩国和东南亚地区的市场规模也处于持续增长中，而中国也已经成为各类激光器和激光系统重要的消费市场。　　另外一方面，激光产品在亚洲光伏行业也取得了良好的业绩，尤其是在中国以及一些东南亚国家。此外，激光在薄膜太阳能电池领域的应用也保持稳定的发展走势，而多晶太阳能电池的激光应用技术已实现了额外的增长。　　● 电池应用趋势　　这里，值得一提的是电池市场成为推动亚洲地区主要激光应用的驱动力之一，尤其是光纤激光器的应用，无论在电动汽车、笔记本电脑或其他技术设备等领域。这些激光器涵盖广泛的应用，包括电池、电池外壳、电池的模块化设计以及电池包装领域。电动车的电池组是由许多通过母线互联的电池单元所组成的。　　作为一种加工工具，光纤激光器呈现的许多特性是电池制造过程中涉及的一系列特定工艺所亟需的。这类激光器适用于焊接铝和铜等广泛使用的材料。激光焊接工艺的特点包括高速加工、低热输入、确保可靠的生产流程（即使加工易燃材料时）。此外，光纤激光技术所彰显的其它基本特性，例如高自动化水平、灵活性、可用性和可靠性等对于确保高品质和高产能的生产流程来说是必不可少的。　　日本被认为是全球“电动性”技术领域的市场先驱。这一因素会影响电池生产的研发以及影响电动车和混合动力车的开发和生产情况。当前，韩国正大力投资以扩大其电动车辆电池的生产能力。而另一方面，中国在电动车辆的补贴领域是市场先驱。由于国家对每辆电动汽车给予的购买补贴高达6500欧元，销售数字已经翻了三倍多。　　然而，拥堵和环境问题迫使中国有关部门对传统的驱动客车实施了配额，因此购车者很少获得官方许可，从而造成一定程度的限制，但这一举措并没有延伸到电动车辆领域。因此，对许多用户而言，电动车辆成为一种解决流动性问题的理想选择。除了电动车辆实现了超高的销售数字，中国本地的电动客车制造商数量也不断增长，从而带动了电池的需求水平。　　来源：光易网——专业二手激光设备服务平台；微信公众号“laserused”；转载请保留版权内容。","updated":"T08:03:43.000Z","canComment":false,"commentPermission":"anyone","commentCount":0,"collapsedCount":0,"likeCount":6,"state":"published","isLiked":false,"slug":"","isTitleImageFullScreen":false,"rating":"none","titleImage":"","links":{"comments":"/api/posts//comments"},"reviewers":[],"topics":[{"url":"/topic/","id":"","name":"激光技术"},{"url":"/topic/","id":"","name":"发展趋势"},{"url":"/topic/","id":"","name":"未来展望"}],"adminClosedComment":false,"titleImageSize":{"width":0,"height":0},"href":"/api/posts/","excerptTitle":"","tipjarState":"closed","annotationAction":[],"sourceUrl":"","pageCommentsCount":0,"snapshotUrl":"","publishedTime":"T16:03:43+08:00","url":"/p/","lastestLikers":[{"bio":"一只狗","isFollowing":false,"hash":"9840a0bbf439cdcfe492a3a8c5423652","uid":12,"isOrg":false,"slug":"facecao-book","isFollowed":false,"description":"","name":"face艹book","profileUrl":"/people/facecao-book","avatar":{"id":"5c503cfff769ae532adbd700b5d6fe9f","template":"/{id}_{size}.jpg"},"isOrgWhiteList":false},{"bio":"国际安全风险研究","isFollowing":false,"hash":"7e69db1d41ccb96db6049","uid":217000,"isOrg":false,"slug":"yi-jian-68-61","isFollowed":false,"description":"","name":"易简","profileUrl":"/people/yi-jian-68-61","avatar":{"id":"da8e974dc","template":"/{id}_{size}.jpg"},"isOrgWhiteList":false},{"bio":"没事逛逛","isFollowing":false,"hash":"284c459a928d55f7d9447","uid":76,"isOrg":false,"slug":"shru","isFollowed":false,"description":"","name":"驰骋绿茵","profileUrl":"/people/shru","avatar":{"id":"4b2d79bb","template":"/{id}_{size}.jpg"},"isOrgWhiteList":false},{"bio":null,"isFollowing":false,"hash":"b7cee8d3498e10","uid":40,"isOrg":false,"slug":"xu-sheng-nan-57","isFollowed":false,"description":"","name":"Janieee","profileUrl":"/people/xu-sheng-nan-57","avatar":{"id":"b58a0bcd49a36b812ae40ee","template":"/{id}_{size}.jpg"},"isOrgWhiteList":false},{"bio":null,"isFollowing":false,"hash":"bfaa22aaf8ca","uid":799000,"isOrg":false,"slug":"xiao-fei-long-50-20","isFollowed":false,"description":"","name":"小飞龙","profileUrl":"/people/xiao-fei-long-50-20","avatar":{"id":"da8e974dc","template":"/{id}_{size}.jpg"},"isOrgWhiteList":false}],"summary":"日，德国机械设备制造业联合会(VDMA)下属的“用于材料加工的与激光系统”工作委员会在德国斯图加特召开了年度新闻发布会，出席该会议的业界嘉宾包括德国通快集团（Trumpf) 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