德国通快轴快流CO2激光器
高功率轴快流CO2激光器原理结构
设计：李波
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激光切割的市场需求
设计：李波
德国Trumpf推出了功率高达12kW的CO2激光复合加工机和功率高达 15kW的三维CO2激光切割机，表明了激光加工装备的高功率发展趋势！
德国Trumpf 12kW-CO2激光切 割、焊接和表面处理复合加工机
德国Trumpf 的15kW-CO2 激光三维激光切割机
D Mode 1000-4000Watts
Q Mode >4000Watts
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光束质量参数
设计：李波
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轴快流CO2激光器的诞生
设计：李波
轴快流CO2激光器是在早期的封离式圆形玻璃管纵向激 励CO2激光器的基础上发展而来的。 1965年，Bridge和Petel将放电管壁的温度冷却到60ºC以下来提高激光器的输出功率。 Moeller, Rigder[8]以及Patel[9]等人则采用风冷和水冷的方式来 使放电管冷却。 1969年Cool等人将快速流动技术引入到了这种激光器 中，通过工作气体的高速流动来使其冷却，从而获得 了较高功率的激光输出。
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射频功率反馈
设计：李波
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射频功率控制
设计：李波
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射频电源控制信号
设计：李波
RF ON
RF OFF
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设计：李波
连续模式
脉冲模式
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连续工作模式
设计：李波
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连续工作模式
设计：李波
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设计：李波
门控频率=200Hz
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设计：李波
门控频率=5000Hz
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设计：李波
门控频率=50000Hz
设计：李波
Trumpf轴快流CO2激光器概述
二氧化碳激光器简介PPT课件
4.5 横向激励高气压CO2激光器（TEA） 1 特点
工作气压高 采用横向激励方式 电极面积大 施用预电离技术
2 常用的TEA CO2激光器结构 1） 针板TEA CO2激光器
结构比较简单，易实现均匀激励，效率不高，光束质量不太好
4 辅助气体 N2： 增大CO2分子0001能级的激发速率,还能增加0110能
级的驰豫速率
CO：增大CO2分子0001能级的激发速率，还能增加0110
能级的驰豫速率，但太高时会使0001能级消激发
He：1 降低工作气体的温度，增加输出功率
2 He对激光下能级的驰豫作用比对激光能级的驰豫作 用影响大得多，这有利于粒子数反转，即有利于提高输出 功率
2）管－板式放电结构 阴极： 放置位置： 气流上游前沿与阳极前沿对齐 与导流板之间必须留有足够的空隙 应置于喉道渐缩段内 寿命：与管径大小有关，管径小寿命长 材料：无氧铜 水冷镍阴极
阳极： 条形，两端圆弧过渡，紫铜制造 辅助阳极 阳极长度不匹配： 电极缩短，抑制瞬间飞弧的进一步扩展，在工
作气质变劣时也能稳定放电 电极过短，特别气质变劣情况下，异常辉光放
4）费米共振激发
CO2（1000）+ CO2（0000）－ △E
CO2（0200）
CO2（1000）－ △E
3 二氧化碳激光器驰豫过程
1）激光上能级的驰豫 分 体积驰豫 和 管壁驰豫，驰豫速率与气压有关，体
积驰豫还与辅助气体种类及其气压有关 2）激光下能级的驰豫
第一步 1000和0200能级的分子与基态分子碰撞，二者都会驰豫 到0110振动能级
1）电子碰撞激发
直接激发
快速轴流CO2激光器
第19卷第5期应,q t激光V o l·19，N o·5 1999年19月A P P L I E D L A S E R O c to b er1999_____==IIE_；；___=；；=≈===-__l_I==#====；j★I‘j；===z===，_-目__=；======lI=___，__I=一一快速轴流CO。
激光器谢占武赵治国康建章魏德森臧建民(河北省科学院激光研究所石家庄050081)提要本文报道我们设计的快速轴滤CO，激光器和实验结果，激光器的光学谐振腔为三折Z形折叠半基焦腔，输出耦合镜为GaAs材料．透过率为72“的．得到最大输出功率2530W，电光转换效率最高达到z a0A。
关键词快速轴流COz激光器新叠腔F a s t A x i a I F L o w C0±L a se rX i e Z h a n w u，Z h i a o Z h i g u o，K a n g Jia nzh ang，We i D e s e n，Z a n g Jiaixmiix(Laser I nsti tut e．H ebei A e a d e m y of Sc iences．Shijia zhuang050081)A b s t r a c t T h i s p a p e r r e p o r t s f a s t axia l f l o w C02l a s er designed by O W[1and t h e e x p er0 m en t a l re su lt，dis cu sse s s ome c on c e rn e d p r o b l em s w i t h the designing．The o p t i c a l c avi ty of the l a s er is t h r e e—t i m e—f o l de d h al f—s ym m e tr i c w i t h o u t p u t coupler of transmi ssivlty of 72％m a d e of G a A s，t h e m a x i m u m o u t p u t p o w e r of 2530w a nd eff ic ien cy of 24％w e r e reac he d．K e y w o r d s F a s t a x i a lf l o w，C021a s e r，f o l d--c a v i ty快速轴流C O：激光器的输出功率主要取想气体模型可以很好地近似。
ROFIN TRIAGON TR50轴快流CO2 激光器-性能特点及应用领域介绍
ROFIN TRIAGON® TR50轴快流CO2激光器性能特点及应用领域介绍本激光器为TRIAGON®系列直流激励轴快流CO2激光器，可以与计算机数控系统集成联动，用于激光切割、激光焊接、激光打孔、激光表面处理工程和金属零件激光三维自由成型等方面。
1.激光器技术指标1.1 本激光器额定功率为5kW，是波长为10.6μm的红外不可见激光。
1.2本激光器指示定位采用的是波长为635nm的红色可见激光。
1.3本激光器的控制既可以由操作面板完成，也可以通过机床的CNC 控制系统完成。
1.4激光器技术参数2.激光器的技术特点及主要应用方面介绍本激光器配备有内部程序控制器，可以在很大范围内同时控制输出激光的功率和脉冲时间长短，并且可以存储100个激光控制程序，激光程序控制器的控制内容及应用方面如下所述。
3.激光器的循环冷却水及其技术要求4.激光器的冷却油及其技术要求本激光器的镜子和高压供电系统都通过油进行冷却。
镜子冷却油有循环环路，其技术要求如表4.1所示。
高压供电系统在密闭的容器中冷却，其技术要求如表4.2所示。
5.激光器的电压与相序监控本激光器都有内部掉相、相序、相失衡和欠压监控设施。
如果出现上述问题，继电器将立即关断，同时，系统给出提示信息“Mains interlock（电源互锁）”。
当单相电压低于交流网线的10%，或者全部相的总电压低于交流网线的20%时，系统会自动关断。
如果监控继电器被短路或者监控功能失效，在有电压波动的情况下，变频器或高压供电系统将关断激光器。
6.激光器的水流监控本激光器的水流通过水路中的流量控制开关来监控。
低于规定的流量时，系统将关断激光器，并给出提示信息“Water flow too low（水流量太低）”。
7.激光器的气压监控本激光器对很多气体压力进行监控，包括He、N2和CO2气体的输入压力及激光器工作时的气体压力。
华中科技大学激光技术与工程研究院华中科技大学激光加工国家工程研究中心二００三年四月一日。
激光焊机在冷轧厂的应用
激光焊机在冷轧厂的应用作者：王建东来源：《数字化用户》2013年第09期【摘要】主要介绍了日本 TMEIC 激光焊机在现代化冷轧厂酸轧线的技术应用情况。
从该激光焊机焊接原理、工艺流程、设备构成、操作模式及维护要点进行了介绍、讨论，论述了该设备的技术特性与先进性。
【关键词】激光焊机原理工艺流程设备构成维护要点一、引言激光焊接技术作为目前发展迅速且先进的焊接技术，广泛应用于制造业、粉末冶金、汽车工业、电子工业、生物医学等行业。
在现代化冷轧厂，激光焊接技术也得到了越来越广泛的应用。
特别是在冷轧厂酸轧机组，激光焊机的应用受到特别的关注。
本文介绍了冷轧厂酸轧联合机组引进的日本 TMEIC 公司制造的全自动激光焊机。
二、激光焊接的基本原理激光焊是以聚集的激光束作为能源，利用照射带钢所产生的热量进行焊接的一种熔化焊方法。
激光束由激光器产生，通过聚集系统聚集成为能量密度极高的焦点，其能量进一步集中，当调焦到带钢接缝处时，光能转换为热能，从而使金属熔化而形成焊缝。
按激光工作物质状态，激光器可分为固体激光器和气体激光器，气体激光器主要是 CO2激光器。
冷轧厂使用的是 CO2激光器。
CO2激光器工作气体的主要成份是 CO2、N2和He，CO2分子是产生激光的粒子，N2分子的作用是与 CO2分子共振交换能量，使 CO2分子激励，增加激光较高能级上的CO2分子数。
同时，它还有抽空激光较低能级的作用。
He 分子的主要作用是抽空激光较低能级的粒子，He 分子与 CO2分子相碰撞，使 CO2分子从激光较低能级尽快回到基级，He 的导热性很好，故又能把激光器工作时气体中的热量传给交换器，使激光器的输出功率和效率大大提高。
该激作者： lz 光焊机布置在酸轧机组入口段，用于对热轧钢卷的头尾进行焊接，实现机组连续生产。
其焊接原理为深熔焊接，即将高强度的激光束辐射至连接金属表面，使金属熔化实现带钢的连接。
在激光与金属的相互作用过程中，金属熔化仅为其中一种物理现象。
通快激光切割机trulaser3030
关于通快培训中心
TRUMPF Group
目录
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1、课程介绍及说明 2、基础知识 3、机床操作技巧 4、改善切割切割技巧
课程介绍
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学习的目标： 1、能够独立操作机床完成作业 2、了解改善切割质量的方法 学习的时间
参数调整方案
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镜片焦距/英寸 FocusLine调整 1 2
调整量/mm
3.75 0.3-0.5 5 0.5 7.5（板料厚度<12mm） 1 3 7.5（板料厚度>12mm） 0.5 调节进给倍率在±5%--10% 的范围内 切割气体种类 1 O2 调解进给量/Bar 0.1
激光光路
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切割气体 横梁 吸尘装置
反射镜 透镜
切割头
反射镜 光路
锯齿
吸尘室
激光发生器
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激光光束质量高，激光能量可实现无级调控 采用射频技术，气体损耗率低
切割头
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保护气体接头 光束调整按钮 高度传感器接头
拆装孔
切割头
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请简单指出影响切割质量的原因？
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二氧化碳激光器应用场景_解释说明以及概述
二氧化碳激光器应用场景解释说明以及概述1. 引言1.1 概述二氧化碳（CO2）激光器是一种常见的气体激光器，利用高能量电子与合适浓度的CO2分子相互作用来工作。
它具有许多优异的性能和广泛的应用场景。
在本篇文章中，我们将探索二氧化碳激光器的应用领域，并提供详细的解释和说明。
1.2 文章结构本文将按照以下方式进行阐述：首先，我们将介绍二氧化碳激光器应用场景的解释说明，包括工业、医疗和科学研究等方面。
接着，我们将总结二氧化碳激光器的特点和优势，并对其高功率和高效能、可调谐性和多模式运行以及光学质量和束流特性做出概述。
最后，我们将对二氧化碳激光器未来发展进行展望，并得出结论。
1.3 目的本文旨在分享关于二氧化碳激光器应用范围的知识，并帮助读者了解其重要性以及为何广泛应用于各个领域。
通过阅读本文，读者将对二氧化碳激光器的应用场景有更清晰的了解，并能够认识到它在工业、医疗和科学研究中的重要作用。
2. 二氧化碳激光器应用场景解释说明2.1 工业应用:二氧化碳激光器在工业领域有广泛的应用场景。
首先，它被用于切割和焊接金属材料。
其高功率和高能量密度能够快速准确地切割或焊接各种金属，例如不锈钢、铝合金等。
这种切割和焊接方法比传统机械方法更精确、更高效，并且产生的热影响区较小。
此外，二氧化碳激光器也常被应用于制造业中的雕刻和打标。
通过控制激光束大小和强度，可以在不同材料表面上实现精细图案的雕刻或文字的打标。
这种技术广泛运用于电子产品、汽车零部件等行业。
还有一些其他工业应用包括：材料加工（如塑料切割、木材加工）、纸张与纤维加工（如纸板裁剪、纤维蒸湿和彩色印刷）以及喷码标注等。
2.2 医疗应用:在医疗领域，二氧化碳激光器也具有重要的应用价值。
其中一项主要应用是皮肤病治疗。
二氧化碳激光可以通过聚焦在皮肤表面或深层组织上，刺激胶原再生和损伤的修复。
它被广泛用于去除痣、治疗红血丝以及减少皮肤上其他不完美的问题。
此外，二氧化碳激光器还被用于进行手术切割和消融。
高功率轴快流CO_2激光器控制系统的研制
高功率轴快流CO_2激光器控制系统的研制
李波;王又青
【期刊名称】《激光技术》
【年(卷),期】2010(034)002
【摘要】为了提高高功率轴快流CO_2激光器的稳定性和智能化程度,以满足激光加工的需要,采用可编程逻辑控制器和尾镜取样功率稳定技术,研制出了以西门子可编程逻辑控制器为核心的高功率轴快流CO_2激光器控制系统,并在4kW轴快流CO_2激光器上进行了实验验证,取得了气压稳定度、功率稳定度、放电波形以及激光模式等实验数据,气压波动小于±50Pa,功率稳定度达到±0.1%,并可实现连续、脉冲、超脉冲放电.结果表明,该套控制系统可以满足高功率轴快流CO_2激光器的控制需求,提高了高功率轴快流CO_2激光器的稳定性和智能化程度.
【总页数】4页(P285-288)
【作者】李波;王又青
【作者单位】华中科技大学,光电子科学与工程学院,武汉,430074;华中科技大学,光电子科学与工程学院,武汉,430074
【正文语种】中文
【中图分类】TN248.2
【相关文献】
1.高功率轴快流CO2激光器激励源热沉结构优化设计 [J], 赵恒;李波;胡友友;王炜;王振
2.7kW轴快流CO_2激光器的热平衡分析及换热器设计 [J], 黄鸿雁;王又青;李晴
3.高功率轴快流CO2激光器的数值模拟进展 [J], 李晴;王又青;黄鸿雁
4.国内首台高功率轴快流CO2激光器研制成功 [J],
5.国内首台高功率轴快流CO2激光器研制成功 [J],
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二氧化碳(CO2)激光器介绍
二氧化碳(CO2)激光器介绍二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器，其波长为10.6微米附近的中红外波段。
其通过连续波、脉冲和高能量超脉冲技术以不同的能量和时间照射人体皮肤组织，组织吸收激光能量后主要发生光热反应，可使皮肤组织切割、汽化、碳化、凝固或适当变性，达到祛除病变，同时止血或结痂，改变皮肤肌理，达到治疗或理疗的目的。
二氧化碳(CO2)激光器原理CO₂分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两侧，所表示的是原子的平衡位置。
分子里的各原子始终运动着，要绕其平衡位置不停地振动。
根据分子振动理论，CO₂有三种不同的振动方式：①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中同时达到振动的最大值和平衡值，而此时分子中的碳原子静止不动，因而其振动被叫做对称振动。
②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同，而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。
由于三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。
③三个原子沿对称轴振动，其中碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。
在这三种不同的振动方式中，确定了有不同组别的能级。
二氧化碳(CO2)激光治疗仪器作用（1）按输出方式分1）连续输出；2）脉冲输出——调制频率高达1MHz；3）Q开关输出——电光调Q与声光调Q。
（2）按谐振腔的工作分1）波导腔——孔径D=1～3mm；2）自由空间腔——孔径D=4～6mm。
（3）按激励极性分1）单相；2）反相。
（4）按腔体结构分1）单腔；2）多腔；（a）折叠腔：V型——2折；Z型——3折；X型——4折。
（b）列阵腔：短肩列阵；交错列阵。
（c）积木式：并联—2腔；三角组联—3腔。
3）大面积放电（a）平板型，（b）同心环型。
（5）按均恒电感分布方式分1）准电感谐振技术—用于低电容激光头；2）平行分布电感谐振技术—用于高电容激光头。
（6）按谐振腔材料分1）陶瓷—金属混合型；2）全陶瓷型；3）全金属型。
三种激光器对比
德国ROFIN 3000瓦、德国TRUMPF 3000瓦、和德国IPG 2000W激光发生器的比较激光器厂家德国rofin 3000瓦激光器（板条放电式激光器，全球独此一家）德国trumpf3000瓦激光器（快轴流激光器）（如：瑞士百超、日本FANUC、日本三菱、意大利EL.EN、比利时LVD、芬兰FINNPOWER、意大利PRIMA）德国IPG 光纤2000瓦激光器技术特点德国rofin激光器2500瓦以内光束能量密度比较集中为基准模，最适合切割；由于其结构为板条式放电选模很困难，所以2500瓦以上模式为多模（01、10等多种模式并存），光束能量比较分散主要用于焊接，切割能力和2500瓦完全安全一样，切割稳定型低于2500瓦。
rofin3000瓦的切割速度和效率远远低于IPG3000瓦。
该激光器属于全球技术比较成熟和稳定、使用最广泛的激光器，制造厂家如：德国通快、瑞士百超、日本FANUC、日本三菱、比利时LVD、芬兰FINNPOWER。
其特点是功率可以做得很高，其低功率（如瑞士百超1000瓦）和高功率（如瑞士百超6000瓦）光束能量分布差别不大，都可以广泛的用于切割。
快轴流激光器2500瓦以内切割能力弱于rofin 2500瓦；功率超过2500瓦其切割能力、速度远远高于rofin3000瓦，而低于IPG3000 瓦。
光纤激光器具有其它激光器（CO2、HeNa、DPL等）无法比拟的优点：技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化，高亮度高转换效率，高能量输出高光束质量，无需光学准直，无需机械稳定，省电无需维修。
激光器产生激光的气体消耗：3-5元/小时（德国高纯度混合气可用3000-6000小时，18500元/瓶）10-25元/小时（40-50升/小时）建议24小时不停的使用，这样费用会比较低一点。
没有气体消耗。
光电转化效率8%-10%10%25%以上激光器吹镜、驱动光闸及激光器腔体回充的气体消耗：1.43元/小时按80元/瓶（正常开关机7天左右，按每天8小时工作算）0.25元/小时按80元/瓶（正常开关机40天左右，按每天8小时工作算）无消耗，由于光纤激光器的諧振腔内无光学鏡片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点。
第三章--轴快流二氧化碳激光器(1++h)
第七章 轴快流CO2激光器引言+感想高功率轴快流CO2激光是切割、焊接的主力光源。
真正实现高功率、高光束质量、高效率。
历史上，美国PRC的轴快流一统天下，占领中国市场。
德国ROFIN合资公司南京东方挤走美国，风光一时。
近年来，武汉科威晶，引领中国，亚洲最大。
激光哲学思考：轴快流是实现CO2激光器从低功率走向高功率、高光束质量的唯一出路。
7.1 高功率流动CO2激光器共性技术7.2 轴快流CO2激光器原理结构7.3 主要轴快流CO2激光器展示7.1 高功率CO2激光器共性技术1. 工作气体快速冷却：CO2激光器电光转换效率为10%~20%，其余能量将转换成热能使气体加热。
气体温度达300ºC时，不存在粒子数反转，无激光输出；高于150ºC时，电光转换效率明显下降，必须快速降温。
高功率CO2激光器哲学问题：不流动---流动---不流动第七章 轴快流CO2激光器（1）快速对流冷却：采用风机和热交换器冷却工作气体，快速替代加热过工作气体，输出功率取决于气体质量流量，质量流量为1g/s时，能获得120~150W激光功率。
（2）扩散传导冷却：热量→管壁→冷却水，单位长度输出功率50~80W/m（两米以上管），一千瓦激光器需15m长激光管，体积大，稳定性差，长度放大；新型板条激光器，面积放大。
第七章 轴快流CO2激光器2. 大体积放电的均匀性和稳定性高功率气体放电电流、电压、气体温度都较高，辉光放电正柱区热不稳定性和电弧收缩现象严重。
这是高功率CO2激光器的关键技术。
（1）气体快速流动将不稳定扰动因素带出放电区。
（2）将大体积放电区分成小放电区分别加以控制。
横流CO2激光器将阴极或阳极分成许多小块；纵流CO2激光器采用多段放电区串联。
第七章 轴快流CO2激光器（3）增加湍流：层流状态：径向速度和温度分布梯度大。
湍流状态：可大大增加二维扩散和热传导，还可使得温度径向分布均匀。
(又称为乱流、扰流或紊流 )（4）增加预电离或外界电离源提高放电均匀性。
二氧化碳激光器CO2知识分享
二氧化碳激光器C O2二氧化碳(CO2)激光器介绍二氧化碳激光器是以CO2气体作为工作物质的气体激光器，其波长为10.6微米附近的中红外波段。
其通过连续波、脉冲和高能量超脉冲技术以不同的能量和时间照射人体皮肤组织，组织吸收激光能量后主要发生光热反应，可使皮肤组织切割、汽化、碳化、凝固或适当变性，达到祛除病变，同时止血或结痂，改变皮肤肌理，达到治疗或理疗的目的。
二氧化碳(CO2)激光器原理CO₂分子为线性对称分子，两个氧原子分别在碳原子的两侧，所表示的是原子的平衡位置。
分子里的各原子始终运动着，要绕其平衡位置不停地振动。
根据分子振动理论，CO₂有三种不同的振动方式：①二个氧原子沿分子轴，向相反方向振动，即两个氧在振动中同时达到振动的最大值和平衡值，而此时分子中的碳原子静止不动，因而其振动被叫做对称振动。
②两个氧原子在垂直于分子轴的方向振动，且振动方向相同，而碳原子则向相反的方向垂直于分子轴振动。
由于三个原子的振动是同步的，又称为变形振动。
③三个原子沿对称轴振动，其中碳原子的振动方向与两个氧原子相反，又叫反对称振动能。
在这三种不同的振动方式中，确定了有不同组别的能级。
二氧化碳(CO2)激光治疗仪器作用（1）按输出方式分1）连续输出；2）脉冲输出——调制频率高达1MHz；3）Q开关输出——电光调Q与声光调Q。
（2）按谐振腔的工作分1）波导腔——孔径D=1～3mm；2）自由空间腔——孔径D=4～6mm。
（3）按激励极性分1）单相；2）反相。
（4）按腔体结构分1）单腔；2）多腔；（a）折叠腔：V型——2折；Z型——3折；X型——4折。
（b）列阵腔：短肩列阵；交错列阵。
（c）积木式：并联—2腔；三角组联—3腔。
3）大面积放电（a）平板型，（b）同心环型。
（5）按均恒电感分布方式分1）准电感谐振技术—用于低电容激光头；2）平行分布电感谐振技术—用于高电容激光头。
（6）按谐振腔材料分1）陶瓷—金属混合型；2）全陶瓷型；3）全金属型。
德国通快轴快流CO2激光器课件
由于激光的光子具有相同的频率，因 此激光的波长范围非常窄，具有极高 的单色性。
光的放大
通过反射镜和增益介质（如气体、固 体或液体）的相互作用，光子在增益 介质中得到放大，形成强大的激光束 。
激光器的分类
按工作物质分类
固体激光器、气体激光器、液 体激光器和半导体激光器等。
按输出功率分类
低功率、中功率、高功率和超 高功率激光器。
04
德国通快轴快流CO2激光器的维护与保 养
激光器的日常维护
保持激光器工作区域清洁
定期清理激光器表面灰尘和杂物，确保工作区域无尘、无污染。
检查冷却系统
确保激光器的冷却系统工作正常，冷却水温度、流量等参数正常。
检查电源和电缆
确保激光器的电源稳定，电缆连接良好，无松动或破损。
激光器的定期保养
清洁光学镜片和反射镜
01
定期使用专用清洁剂清洁光学镜片和反射镜，保持光路畅通无
阻。
检查激光管老化情况
02
定期检查激光管的老化程度，如有需要，及时更换老化激光管
。
校准激光器参数
03
定期校准激光器的各项参数，确保激光器的性能稳定。
常见故障及排除方法
01
02
03
激光功率下降
检查激光器的工作电流、 冷却系统、电源等，找出 功率下降的原因并排除故 障。
打标工艺
总结词
高对比度、永久性标记
详细描述
利用轴快流CO2激光器进行打标，可在各种材料表面形成高对比度、永久性的标记，广泛应用于产品追溯、品牌 标识等领域。
其他应用领域
总结词
表面处理、微加工、增材制造
详细描述
轴快流CO2激光器在表面处理、微加工和增材制造等领域也有广泛应用。其精细的光束直径和高能量 密度使得这些复杂工艺得以实现。
二氧化碳激光器结构原理
二氧化碳激光器结构原理二氧化碳激光器是一种常用的激光器，其结构原理主要由激光介质、泵浦源、光学腔和输出耦合等组成。
下面将详细介绍二氧化碳激光器的结构原理。
二氧化碳激光器的激光介质是二氧化碳气体，其分子结构为O=C=O。
该气体在大气压下处于低激发态，当受到能量的激发时，分子内的电子跃迁到高激发态。
在高激发态上的电子很快通过非辐射过程退激到低激发态上，同时释放出能量，这些能量以光子的形式辐射出来，形成激光。
二氧化碳激光器的泵浦源主要是通过电流或能量传递的方式来激发二氧化碳气体。
最常用的泵浦源是电子束泵浦和放电泵浦。
电子束泵浦通过加热阴极来产生电子束，电子束经过二氧化碳气体时与气体发生碰撞，将能量传递给气体分子，从而激发激光介质。
放电泵浦则是通过在二氧化碳气体之间施加高压电场，使气体发生电击放电，激发激光介质。
接下来，二氧化碳激光器的光学腔起到放大和反射激光的作用。
光学腔是由两个反射镜组成的，其中一个是全反射镜，另一个是半透镜。
激光在光学腔内来回反射，每次反射时都经过激光介质，从而得到放大。
全反射镜使激光光线在光学腔内多次反射，增强激光的强度，而半透镜则允许一部分激光穿过，形成输出光束。
二氧化碳激光器的输出耦合是控制激光输出功率和光束质量的重要组成部分。
通过调整半透镜的位置，可以改变激光通过半透镜的比例，从而控制输出光束的功率。
此外，还可以通过使用光学元件如棱镜或光栅来调整和修正激光光束的方向和形状，以满足不同应用需求。
总结起来，二氧化碳激光器的结构原理主要包括激光介质、泵浦源、光学腔和输出耦合。
激光介质是二氧化碳气体，泵浦源通过电流或能量传递的方式来激发气体分子，光学腔用于放大和反射激光，输出耦合控制激光的输出功率和光束质量。
通过这些组成部分的协同作用，二氧化碳激光器能够产生高功率和高能量的激光，广泛应用于材料加工、医疗美容、科学研究等领域。
国内外工业激光现状与发展趋势
国内外工业激光现状与发展趋势1．国外工业激光现状与趋势国外以美、德、日为代表的几个发达国家在激光加工产业领域的发展速度惊人，它们在主要的大型制造产业，如汽车、电子、机械、航空、钢铁等行业中基本完成了用激光加工工艺对传统工艺的更新换代，进入“光制造”时代。
激光在工业制造中所显示出的低成本、高效率以及应用的巨大潜力，成为世界主要工业国家间互相竞争的动力，纷纷将激光技术作为本国重要的尖端技术给予积极支持，加紧制定国家级激光产业发展计划。
美国通过其“精密激光机械加工(PLM)协会”来激励其新工艺技术的发展，力求使美国工业激光器技术在世界上处于领先的地位，并在世界市场中获得较大的份额。
德国在1994-2002年制订了国家激光发展计划，促使德国激光器和激光工业应用后来居上，位于世界领先地位。
激光设备在德国汽车和机械制造中的广泛应用，使其在这些领域内的竞争能力近年来得到显著提高。
并制订了德国“2002-2006光学促进计划”，将激光技术作为重中之重，认为未来所有制造加工业中有12%以上的加工工艺需要用激光技术来替代。
除此之外，英国“阿维尔计划”、日本“激光研究五年计划”，甚至俄罗斯、韩国、新加坡、印度也制订有专门的激光技术发展计划。
根据国际激光行业权威刊物《LASER FOCUS WORLD》每年发布的统计资料表明，全球激光器产业市场发展迅猛，激光产品销售每年平均以高于10%的速度增长，并呈现出加速增长的趋势。
2008年世界激光产业仅激光器（不包括广泛用于通信和家电的半导体激光器）年产值就超过了70亿美元，激光加工装备年产值超过了130亿美元。
激光工业装备制造企业由研究型的单台特种设备制造企业，发展到标准化、规模化生产的跨国公司。
国外许多知名激光企业均通过兼并重组快速发展壮大。
德国通快公司(Trumpf)通过兼并、重组，成为拥有7家从事激光产品生产的企业，成为当今世界上激光装备制造产业的霸主。
美国相干公司(Coherent)在2001年初将医疗激光集团出售给以色列ESC／Sharplan公司后，购买了几家从事工业激光产品制造的公司，专著于工业激光领域的技术研究和产品开发。
德国通快轴快流CO2激光器演示教学
1 激光谐振腔 2 谐振腔镜片 3 放电电极 4 涡轮风机 5 真空泵 6 电磁阀 7 风机出气口换热器 8 风机进气口换热器
轴快流激光仍将是工业加工中的主流激光器
设计：李波
• 薄板+ 3D切割： 光纤激光器占优
• 厚板+非金属/金属+切割+ 价格：
CO2激光器具有明显优势
来自德国“Fraunhofer研究所”研究结果
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阻抗匹配布置
设计：李波
为每台电源配置一个阻抗匹配器
阻抗匹配布置
设计：李波
1、左匹配器 2、右匹配器 AS：窗口
反射功率变化曲线
设计：李波
匹配网络对反射功率的影响
设计：李波
a、正常的匹配曲线 b、增长串联线圈 c、减小串联线圈
放电建立时间
设计：李波
匹配失调的原因
1、工作气压 2、气体比例变化 3、气体纯度 4、气体温度(冷却系统故障) 5、射频功率幅值 6、射频连接 7、射频电缆或电极物理位置 8、参数MD48错误 9、反射功率计故障
设计：李波
1、扩散器 2、叶轮
风机结构
设计：李波
1、叶轮 2、上保护轴承 3、转子（永磁） 4、定子 5、下保护轴承 6、驱动轴 7、磁板
定子
设计：李波
1、水冷 2、开口 3、线圈 4、电机电缆 5、电机温度电缆
设计：李波
1、正弦波滤波器 2、变频器 3、混合滤波器 4、操作面板KP100
风机控制原理
Trumpf最新10kW激光器
设计：李波
激光切割的市场需求
设计：李波
德国Trumpf推出了功率高达12kW的CO2激光复合加工机和功率高达 15kW的三维CO2激光切割机，表明了激光加工装备的高功率发展趋势！
不断发展的CO2激光器
不断发展的CO2激光器
孙立宏
【期刊名称】《光机电信息》
【年(卷),期】2004(000)007
【摘要】世界上第1台商用CO2激光器采用了一种很大的气体流动系统，需要定期维修和保养，而今天，CO2激光器已取得惊人的进展，人类正计划将一种体积小、重量轻并能连续工作5年的CO2激光器系统送往太空。
【总页数】2页(P9-10)
【作者】孙立宏
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TN248
【相关文献】
1.最新一代CO2激光器—脉冲板式放电激光器 [J], 大舟
2.CO2激光器及其应用—射频（RF）放电轴流型激光器 [J], 高晓萍;于志勤
3.CO2激光器和紫外激光器在印刷线路板打孔中的竞争 [J], 金友
4.中国CO2激光器的诞生及发展——纪念激光器诞生50周年 [J], 雷仕湛
5.我国第一台五千瓦CO2激光器试验机和二千瓦CO2激光器工业样机研制成功[J], 刘东华
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德国大力发展超快激光
德国大力发展超快激光
佚名
【期刊名称】《中国光学》
【年(卷),期】2015(8)3
【摘要】激光技术在德国经济中发挥重要作用，全球销售40％光源和20％激光材料加工系统来自于德国。
而用于制造业的激光器，德国企业更是走在前列。
【总页数】1页(P514-514)
【关键词】德国;超快激光;激光材料加工;激光技术;激光器;制造业
【正文语种】中文
【中图分类】TN24
【相关文献】
1.超快激光与激光频率梳 [J], 周静
2.努力攀登超快激光高峰——记2018年度国家技术发明奖二等奖获奖项目“飞秒脉冲激光的高对比度放大及精密控制” [J], 胡芳
3.激光是增长的发动机——访德国通快激光股份有限及两合公司总经理彼得·莱丙格工学士 [J],
4.无序激光晶体及其超快激光研究进展 [J], 于浩海;潘忠奔;张怀金;王继扬
5.能发光世界上最强激光的新型中红外超快激光器 [J],
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设计：李波
设计：李波
Trumpf CO2气体循环冷却
气体循环原理图
设计：李波
风机罩
设计：李波
1、涡轮风机 2、叶轮 3、风机罩 4、热交换器 5、翅片管 6、冷却水入口 7、气体入口 8、气体出口
设计：李波
涡轮风机
热交换器
设计：李波
1、叶轮 2、外壳 3、扩散器 A、气体入口 B、气体出口
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阻一个阻抗匹配器
阻抗匹配布置
设计：李波
1、左匹配器 2、右匹配器 AS：窗口
反射功率变化曲线
设计：李波
匹配网络对反射功率的影响
设计：李波
a、正常的匹配曲线 b、增长串联线圈 c、减小串联线圈
放电建立时间
设计：李波
匹配失调的原因
1、工作气压 2、气体比例变化 3、气体纯度 4、气体温度(冷却系统故障) 5、射频功率幅值 6、射频连接 7、射频电缆或电极物理位置 8、参数MD48错误 9、反射功率计故障
1969年Cool等人将快速流动技术引入到了这种激光器 中，通过工作气体的高速流动来使其冷却，从而获得
了较高功率的激光输出。
轴快流CO2激光器
射频激励轴快流CO2激光器
射频电源
匹配网络
3 1
2
设计：李波
激光器谐振腔
2
激
7
7
光
器
中
央
控
8
制
系
统
6
全自动混气单元
5 N2 CO2 He Air
4
冷水机
气体循环冷却系统
设计：李波
1、滤波器 2、整流器 3、变频器 4、中间电路5、制动斩波器 6、磁轴承控制器 7、逆变器 8、正弦波滤波器 9、涡轮风机
磁轴承控制器
设计：李波
1、径向传感器，上 2、径向磁轴承，上 3、控制器MBE-50 4、轴向磁轴承 5、保护轴承，上 6、轴向传感器 7、驱动轴 8、转子 9、定子 10、保护轴承，下 11、径向磁轴承，下 12、速度传感器 13设、计径：向李传波感器，下
设计：李波
1、供电电源 2、控制电源 3、控制器 4、磁轴承驱动 5、传感器信号处理 6、数字接口 7、LCD显示 A、到磁轴承的信号 B、磁轴承返回信号
风机启停曲线
设计：李波
设计：李波
气体混合器原理图
Q Mode >4000Watts
光束质量参数
设计：李波
轴快流CO2激光器的诞生
设计：李波
轴快流CO2激光器是在早期的封离式圆形玻璃管纵向激 励CO2激光器的基础上发展而来的。
1965年，Bridge和Petel将放电管壁的温度冷却到60ºC以下来提高激光器的输出功率。 Moeller,
Rigder[8]以及Patel[9]等人则采用风冷和水冷的方式来 使放电管冷却。
设计：李波
Trumpf轴快流CO2激光器概述
激光器构成
设计：李波
冷水机
操作面板
激光发生器
控制系统 射频电源
激光发生器构成
涡轮风机
热交换器
设计：李波 激光谐振腔
光闸
功率计
激光器支撑
激光谐振腔构成
转折镜 放电管
设计：李波 窗口与尾镜
基本工作原理
设计：李波
设计：李波
Trumpf CO2激光器谐振腔
1 激光谐振腔 2 谐振腔镜片 3 放电电极 4 涡轮风机 5 真空泵 6 电磁阀 7 风机出气口换热器 8 风机进气口换热器
轴快流激光仍将是工业加工中的主流激光器
设计：李波
• 薄板+ 3D切割： 光纤激光器占优
• 厚板+非金属/金属+切割+ 价格：
CO2激光器具有明显优势
来自德国“Fraunhofer研究所”研究结果
谐振腔结构
设计：李波
US：转折镜 RS：尾镜 AS：窗口
设计：李波
1、窗口 2、尾镜 3、转折镜 4、转折镜安装组件
设计：李波
1、调节垂直方向 2、调节水平方向
模式检测工具
设计：李波
1、热敏板 2、紫外灯
检测示意图
设计：李波
1、热敏板 2、紫外灯 3、激光束（尾镜）
设计：李波
未调整好的模式分布
设计：李波
1、扩散器 2、叶轮
风机结构
设计：李波
1、叶轮 2、上保护轴承 3、转子（永磁） 4、定子 5、下保护轴承 6、驱动轴 7、磁板
定子
设计：李波
1、水冷 2、开口 3、线圈 4、电机电缆 5、电机温度电缆
设计：李波
1、正弦波滤波器 2、变频器 3、混合滤波器 4、操作面板KP100
风机控制原理
调整好的模式分布
激光烧斑图样
设计：李波
扩束镜
设计：李波
1、凹面镜
2、凸面镜
a、进入的光束直径 b、离开的光束直径
采用扩束镜延长激光加工的可用光程，在飞行光路激光加工中广泛应用。
光闸
设计：李波
设计：李波
Trumpf CO2放电结构
多根放电管串联
设计：李波
放电结构
设计：李波
1、玻璃管 2、放电区 3、放电电极
重大行业应用
设计：李波
现代船舶制造中已开始大量使用的轻型“三明治”多层空心结构厚钢板的 切割加工，更是对万瓦轴快流激光切割装备提出了迫切需求。
德国Trumpf公司的12kW--20kW轴快流CO2激光器已用于世界上许多大型船 厂的生产线上，可大大提高船舶的有效载荷，并大幅度减低制造成本。
日本的Kawasaki重工等造船企业已经安装了高功率激光平板切割系统。德国的 Meyer Werft也安装了四台12KW的CO2激光器，用来焊接不同长度的船体加强杆
Trumpf轴快流CO2激光器
设计：李波
2012.8.22
设计：李波
轴快流CO2激光器基本原理
光的受激辐射
设计：李波
CO2激光器的受激辐射
设计：李波
激光的特性
设计：李波
单色性 相干性 方向性
激光模式
设计：李波
TEM00 Mode <1000Watts
D Mode 1000-4000Watts
两种放电结构
设计：李波
射频放电特点
设计：李波
电极位于放电管外，是电容耦合的横向放电(放电方向垂直 于光束方向)； 电极形状要求严格，以提高放电的对称性； 起辉电压低； 放电均匀稳定，无可见的放电辉光抖动； 易于调制，调制脉冲频率可达100kHz； 电源复杂，易产生辐射污染，电源及放电管须进行屏蔽。
Trumpf最新10kW激光器
设计：李波
激光切割的市场需求
设计：李波
德国Trumpf推出了功率高达12kW的CO2激光复合加工机和功率高达 15kW的三维CO2激光切割机，表明了激光加工装备的高功率发展趋势！
德国Trumpf 12kW-CO2激光切 割、焊接和表面处理复合加工机
德国Trumpf 的15kW-CO2 激光三维激光切割机