Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Волоконные лазеры в технологиях машиностроения

Покупка
Артикул: 805051.01.99
Доступ онлайн
800 ₽
В корзину
Дано описание основных типов волоконных лазеров, применяемых в машиностроительных технологиях, представлены типы фокусирующих головок и рассмотрены некоторые технологии применения излучения волоконных лазеров (резка, сварка, микрообработка). Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих курсы «Физика технологических лазеров», «Фокусирующие системы лазерных технологических установок», «Технология изготовления оптических элементов и узлов лазерных технологических комплексов».
Голубенко, Ю. В. Волоконные лазеры в технологиях машиностроения : учебное пособие / Ю. В. Голубенко, А. В. Богданов, И. В. Куликов. - Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. - 68 с. - ISBN 978-5-7038-4129-7. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/2023142 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Московский государственный технический университет 
имени Н. Э. Баумана 

 
 
 
 
Ю. В. Голубенко, А. В. Богданов, И. В. Куликов  
 
 
 

Волоконные лазеры  
в технологиях машиностроения 

 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 

 

УДК 621.375.826 
ББК 32.86-5 
 Г62 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru  
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/41/book1001.html 

Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Лазерные технологии в машиностроении» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н. Э. Баумана в качестве учебного пособия 
 

Рецензенты:  
д-р техн. наук, главный специалист  
филиала ЦЭНКИ «Мотор» Е. Ф. Ищенко;  
канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры  
«Системы автоматического управления»  
МГТУ им. Н. Э. Баумана Д. В. Креопалов 

 
Голубенко, Ю. В. 
Волоконные лазеры в технологиях машиностроения : учебное 
пособие / Ю. В. Голубенко, А. В. Богданов, И. В. Куликов. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015. — 64, [4] с. : 
ил. 

ISBN 978-5-7038-4129-7 

Дано описание основных типов волоконных лазеров, применяемых в 
машиностроительных технологиях, представлены типы фокусирующих го-
ловок и рассмотрены некоторые технологии применения излучения воло-
конных лазеров (резка, сварка, микрообработка). 
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих курсы «Физика 
технологических лазеров», «Фокусирующие системы лазерных технологи-
ческих установок», «Технология изготовления оптических элементов и уз-
лов лазерных технологических комплексов». 
 
УДК 621.375.826 
ББК 32.86-5 
 
 
 
 
© МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 
© Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-4129-7  
 
  МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015 

Г62 

Предисловие 

Волоконные лазеры — новый тип лазеров, предназначенных 
для объектов техники будущего. Волоконные лазеры являются од-
ним из наиболее ярких достижений современной квантовой элек-
троники. Это направление возникло на стыке лазерной физики и 
волоконной оптики. Преимущества волоконных лазеров по срав-
нению с традиционными квантовыми излучателями позволяют 
использовать их наравне с обычными лазерами, а в некоторых 
случаях и вместо них.  
В начале развития волоконной оптики ее основной задачей яв-
лялось создание волоконных световодов как пассивной среды для 
передачи информации. Однако, как и в любой другой развиваю-
щейся области науки, в процессе решения первоначальной задачи 
удалось выявить другие возможности волоконной оптики, которые 
привели к расширению круга изучаемых объектов и явлений, что, 
в свою очередь, позволило расширить область возможных приме-
нений волоконных световодов и устройств на их основе. 
Разработка и применение этих перспективных лазеров для 
производства конкурентоспособной продукции отраслями отече-
ственного машиностроения позволит существенно улучшить экс-
плуатационные характеристики изделий, главным образом лими-
тирующих общую надежность конечной продукции, и повысить 
промышленные показатели ресурсосбережения.  
Наряду с разработкой и совершенствованием технологии при-
менения требуется дальнейшее формирование общих принципов 
конструирования и накопление опыта эксплуатации. Темпы роста 
применения волоконных лазеров в современной промышленности 
обусловливают потребность в высококвалифицированных специа-
листах, владеющих знаниями и навыками работы с этими установ-
ками и лазерными комплексами.  

Образовательные стандарты третьего поколения предполагают 
переход к компетентностному подходу в реализации образова-
тельных программ высшего образования. При обучении по маши-
ностроительным направлениям на первый план выходит формиро-
вание у студентов профессионально значимых компетентностей в 
инновационной и технологической профессиональной деятельно-
сти, которая определяется способностью получения технологиче-
ски новых или улучшенных продуктов (процессов) на основе со-
временных технологий. Использование результатов современных 
научных исследований и рассмотрение передовых инновационных 
технологий на уровне подготовки студента позволят обеспечить 
формирование востребованного условиями современности специ-
алиста. Обоснованность профильной подготовки, направленной на 
приобретение компетенций в области лазерных технологий и лазе-
ростроения, неоспорима. Консолидация научно-практических до-
стижений с внедрением в образовательный процесс в полном объ-
еме может удовлетворить предъявляемые требования к развитию 
инновационно-технологической 
деятельности, 
востребованной 
современностью.  
Учебное пособие содержит значительный объем сконцентриро-
ванной информации по применению таких лазеров. В гл. 1 дан об-
зор продукции ведущих фирм, представленной сегодня на рынке. 
Вопросам функциональности лазерных головок посвящена гл. 2.  
В гл. 3 рассмотрены вопросы применения волоконных лазеров. 
Представлены некоторые параметры процессов лазерной обработ-
ки материалов.  
Пособие предназначено для студентов, изучающих курсы «Фи-
зика технологических лазеров», «Фокусирующие системы лазер-
ных технологических установок», «Технология изготовления  
оптических элементов и узлов лазерных технологических ком-
плексов» (специальность 1502067065), выполняющих курсовые и 
дипломные проекты и квалификационные работы. Также оно бу-
дет полезно научным работникам, преподавателям и инженерно-
техническим работникам, специализирующимся в области лазер-
ных технологий. 
 
 

Введение 

В наши дни ни одно из стратегически важных технологических 
направлений в мире не обходится без использования лазеров при 
обработке материалов. Лазерные технологии активно применяют-
ся в электронном машиностроении, автомобилестроении, атомной, 
космической, авиационной и судостроительной промышленности, 
медицине и практически во всех направлениях оборонного произ-
водства. 
Лазерная техника играет центральную роль в происходящих в 
последнее время изменениях технологического уклада, которые 
связаны с резким повышением гибкости и мобильности производ-
ства, увеличением энергоэффективности, снижением издержек и 
одновременно выходом на новый уровень качества продукции. 
Лазерные технологии обработки материалов в современном 
производстве закономерно пользуются большим спросом как у 
крупных производителей, так и в малых фирмах. Они обеспечива-
ют ряд преимуществ, непосредственно влияющих на потребитель-
ские характеристики продукции: позволяют повысить качество, 
производительность, снизить себестоимость, обеспечить экологи-
ческую чистоту производства, а по некоторым направлениям до-
стичь максимальных технических и экономических результатов. 
При этом современные лазерные технологические комплексы 
энергоэффективны и позволяют легко перестраивать технологиче-
ский процесс, а гибкость и возможность унификации лазерного 
оборудования почти не имеют аналогов.  
Таким образом, сегодня лазерные технологии во многом опре-
деляют развитие практически всех отраслей современной про-
мышленности. Поэтому степень развития и темпы развития лазер-
ных технологий в любой стране однозначно ее отражают мощь, 
статус и технологическое положение на мировом рынке [1]. 

1. ВОЛОКОННЫЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЛАЗЕРЫ 

В настоящее время волоконные лазеры выпускают следующие 
компании: 
1) Videojet, CША (http://www.videojet.com); 
2) Coherent, США (http://www.coherent.com); 
3) Quantel Group, Франция (http://www.quantel-laser.com); 
4) Rofin, США (http://www.rofin.com); 
5) NKT Photonics, Дания (http://www.nktphotonics.com); 
6) Toptica Photonics AG, Германия (http://www.toptica.com); 
7) MPB Communications, Канада (http://www.mpbc.ca); 
8) Fibercore, США (http://www.fibercore.com); 
9) SPI Lasers, Великобритания (http://www.spilasers.com); 
10) Multiwave, Португалия (http://www.multiwavephotonics.com); 
11) Menlo Systems GmbH, Германия (http://www.menlosystems.com); 
12) Leukos, Франция (http://www.leukos-systems.com); 
13) Fianium, Великобритания (http://www.fianium.com); 
14) IPG Photonics, США (http://www.ipgphotonics.com). 
И хотя перечисленные компании имеют различную специали-
зацию, объединяет их наличие в производимых устройствах воло-
конных лазеров, имеющих различные значения основных характе-
ристик и разное назначение. 
В приведенном выше перечне представлены относительно 
крупные компании и небольшие фирмы, имеющие уникальные 
разработки в области волоконных лазеров и реализующие свою 
продукцию на рынке. 
Продукцию компаний, выпускающих лазеры для промышлен-
ного применения, рассмотрим более подробно. Среди продукции 
компаний, не выпускающих мощные промышленные модели, вы-
берем наиболее интересные (или имеющие наименьшее число ана-
логов). 

1.1. Продукция компании Videojet 

Основная специализация компании в сфере лазерных техноло-
гий — производство лазерных установок для маркировки, пре-
имущественно на основе CO2-лазеров. 
Компания Videojet также выпускает мелкосимвольные капле-
струйные принтеры, термотрансферные принтеры, аппликаторы и 
принтеры-аппликаторы для этикеток, расходные материалы для 
этих устройств, графические системы. 
В качестве примера производимых компанией волоконных ла-
зеров можно назвать установки для лазерной маркировки моделей 
Videojet 7210&7310. В них применяются волоконные лазеры мощ-
ностью 10 Вт (модель 7210) и 20 Вт (модель 7310). 
Отличительные особенности устройств: 
• компактность; 
• отсутствие потребности во внешнем компьютерном управле-
нии (это экономит место на производственной линии и повышает 
надежность работы); 
• потребляемая мощность менее 300 В⋅А. 
Заявленное применение — маркировка сложных поверхностей 
металлических и пластмассовых изделий. 

1.2. Продукция компании Coherent 

Основная специализация компании в сфере лазерных техноло-
гий — производство лазерных установок для научного и промыш-
ленного применения. В ассортименте имеются CO2-лазеры, экси-
мерные, волоконные, твердотельные лазеры. 
Компания Coherent также производит измерительное оборудова-
ние для определения различных параметров лазерного излучения. 
В качестве примеров производимых компанией волоконных 
лазеров можно назвать лазеры серии Talisker: 
• модель Talisker Ultra 355-4 мощностью 4 Вт, работающая на 
длине волны 355 нм; 
• модель Talisker Ultra 532-8 мощностью 8 Вт, работающая на 
длине волны 532 нм; 
• модель Talisker Ultra 1064-16 мощностью 16 Вт, работающая 
на длине волны 1064 нм. 

Отличительные особенности продукции данной компании: 
• наличие моделей с различными длинами волн, что расширяет 
спектр обрабатываемых материалов; 
• импульсный режим работы с генерацией пикосекундных им-
пульсов. 
Заявленное применение — лазерная микрообработка (резка, 
сверление и др.) изделий малой толщины из металла и кремния, 
высокоточная обработка стекла (скрайбирование) и др. 

1.3. Продукция компании Quantel 

Основная специализация компании в сфере лазерных технологий — 
производство твердотельных лазерных установок, преимущественно 
на основе алюмоиттриевого граната, обогащенного 
неодимом (Nd:YAG). 
Компания Quantel также производит волоконные лазеры, перестраиваемые 
лазеры, различные лазеры для медицинских нужд. 
В качестве примера производимых компанией волоконных лазеров 
можно назвать иттербиевые лазеры серии Ylia: 
• Ylia M10 (мощность 10 Вт); 
• Ylia М20, Ylia М20EG, Ylia М20HF (мощность 20 Вт); 
• Ylia 30EG (мощность 30 Вт). 
Отличительные особенности данных устройств: 
• легко интегрируются; 
• время задержки не превышает 9 мкс. 
Заявленное применение — гравировка, маркировка, лазерная 
микрообработка, обработка поверхности, подгонка резисторов. 

1.4. Продукция компании Rofin 

Основная специализация компании в сфере лазерных технологий — 
производство промышленных лазеров (СО2-, твердотельных, 
волоконных), а также специализированных комплексов на их 
основе. 
Компания Quantel также выпускает диодные лазеры и лабора-
торное лазерное оборудование. 
В качестве примера производимых компанией волоконных ла-
зеров можно назвать лазеры серий FL (500…6000 Вт), Star Fiber 

(100…600 Вт), PowerLine-F (20…50 Вт) и LASAG (50 Вт). Накачка 
всех лазерных установок осуществляется диодными лазерами. 
Расходимость луча лазера серии FL не превышает:  
• 0,4 мм⋅мрад у моделей мощностью 500, 750, 1000 Вт (при ис-
пользовании волокна диаметром 20 мкм);  
• 2,5 мм⋅мрад у моделей мощностью 500, 750, 1000, 2000, 3000 
и 4000 Вт (при использовании волокна диаметром 50 мкм); 
• 10 мм⋅мрад у модели мощностью 6000 Вт (при использовании 
волокна диаметром 200 мкм). 
Отличительные особенности устройств: 
• в серии FL имеются лазеры в компактном исполнении для ин-
теграции в технологические комплексы, а также лазеры, работаю-
щие в одномодовом и многомодовых режимах; 
• в серии Star Fiber предусмотрен автоматический контроль па-
раметров излучения в зависимости от скорости процесса; лазеры 
этой серии могут выпускаться в компактных корпусах; 
• серия PowerLine-F отличается компактными размерами и воз-
душным охлаждением; 
Лазерные установки серии LASAG могут работать как в одно-
модовом, так и в многомодовых режимах, предусмотрено их воз-
душное охлаждение. 
Заявленное применение: 
• серия FL — резка, сварка, термическая обработка металлов, 
дистанционная резка; 
• серия StarFiber — прецизионная резка и сварка металлов; 
• серия PowerLine-F — маркировка, гравировка, травление, 
скрайбирование, резка, изоляция краев, обрезка, структурирование 
и др.; 
• серия LASAG — прецизионная резка твердых материалов 
(сапфир, керамика), перфорация с большим соотношением сторон. 

1.5. Продукция компании NKT Photonics 

Основная специализация компании в сфере лазерных техноло-
гий — производство фотонных кристаллических волокон, воло-
конных лазеров невысокой мощности, лазеров, реализующих из-
лучение непрерывного спектра (т. е. Supercontinuum), оптических 
параметрических осцилляторов. 

В качестве примеров производимых компанией волоконных 
лазеров можно назвать модели Koheras Basic OEM, Koheras Ad-
justiK Benchtop, Koheras AcoustiK Benchtop, Koheras BoostiK OEM, 
Koheras BoostiK. 
Технические характеристики лазера Koheras Е15: 
• излучение лазера — непрерывное одночастотное; 
• центральная длина волны — 8 каналов в диапазоне 
1530…1565 нм; 
• качество пучка М2 < 1,05; 
• выходная мощность до 50 мВт; 
• фазовые шумы на 1 м оптического пути 2,0 мрад /
Гц  при 

100 Гц, 0,8 мрад /
Гц  при 1 кГц, 0,4 мрад /
Гц  при 10 кГц; 
• относительная интенсивность шума 3 МГц; 
• оптическое соотношение сигнал/шум более 50 дБ (в зависи-
мости от длины волны); 
• рабочие температуры 15…40 °C. 
Отличительные особенности устройств: 
• низкие шумы; 
• высокая точность частоты; 
• доступно много длин волн; 
• компактный дизайн. 
Заявленное применение — источники излучения в квантовой 
оптике, источники накачки в нелинейной оптике, эталоны для во-
локонных лазеров, источники излучения в метрологии и системах 
светового обнаружения и распознавания дальности (ЛИДАР). 

1.6. Продукция компании Toptica Photonics AG 

Основная специализация компании в сфере лазерных техно-
логий — производство диодных и волоконных лазеров (эрбиевых 
и иттербиевых), измерителей длины волны, терагерцевых лазе-
ров, лазерных диодов. В качестве примера производимых компа-
нией волоконных лазеров можно назвать фемтосекундные лазер-
ные 
установки 
серии 
FemtoFiber 
Pro, 
FemtoFerb 
1560, 
пикосекундные лазерные установки серии PicoFyb, многоцвет-
ный лазер iChrome TVIS.  
Технические характеристики лазеров приведены в табл. 1.1. 

Доступ онлайн
800 ₽
В корзину