最近又到手一台大功率激光泵浦头,搞起,做激光这个计划已经过去一个多月了,在坛里买了一台很大的大功率激光泵浦头7*155的棒子, 但是这台激光灯管坏了, 换了新灯管,但是还缺两个板接式的水冷头,打算重新设计水冷头,出图去加工回来,但苦于没有时间,一直没空,图也还没画好,所以这个要搞的话不知道要拖到什么时候了, 最近到工厂里拆了台激光焊接机,到手一台更大的激光泵浦头,陶瓷椭圆的谐振腔,灯也是好的,非常重,有20多斤重,可以直接搭起实验了,那个黄金腔体的激光头先不搞了,这个先目睹为快吧,若有不足之处,欢迎指导批评!
【科创原创首发】 转载请注明出处,谢谢!
实验注意事项及防护措施
Nd:YAG激光属于1064nm 不可见红外激光,非常危险
1,实验时必须佩带专业的指定激光波长的防护护目镜
2,装置不得布置在周围有易燃易爆物的地方,可配备灭火器
3,闲杂人等不得靠近,不得围观,时常有人来往的地方应设立激光及高压危险警示牌
4,电源高压危险
--------------------------------------分割线----------------------------------------------------
Part1
1,原理
激光产生的原理和特点就不详解了,网上一搜一堆,坛友也发过一个很详细的帖子, 但是大概的提一下吧。
(1)工作物质
只有能实现粒子数反转的物质才能作为激光的工作物质。在Nd:YAG 激光器中 ,其工作物质是一根Nd:YAG——掺钕钇铝石榴石 晶体棒 ,棒的两端面严格平行且垂直于棒轴
(2)谐振腔
主要作用是使工作物质所产生的受激发射能建立稳定的振荡状态,从而实现光放大。
(3)激励能源
其作用是把工作物质中多余一半的原子从低能级激发到高能级上去,实现工作物质粒子数反转,也就是所说的泵浦啦,这里用的是光激发,陶瓷椭圆谐振腔里将光反射到YAG棒子上
,
2,激光加工的运用及特点
做一个东西出来,要有用途,没有用途做出来就没有意义了。
(1)加工范围广
几乎能加工任何金属和非金属材料,能加工高熔点材料,耐热合金,玻璃、陶瓷、宝石、金刚石、等硬脆材料以及高强度高韧性材料
(2)操作简单方便
激光加工不需要加工工具及刀具,不存在刀具损耗问题,也不需要特殊工作环境,还可以在任意透明环境中操作,如在空气中,惰性气体中、还可以透过电子管玻璃加工电子管内部
(3)适用于精密微小加工
激光聚焦后的光斑直径很小,能形成极细的光束,可以加工细微孔,激光无机械接触,工件几乎不受切削力,能加工刚度较差的零件
(4)能量密度高度集中
加工速度快,效率高,可减少热传导发散带来的热变形,对具有高热传导和高反射率的金属或合金,激光加工效率就低了,比如铜和铝,这个问题后面会验证给大家看
(5)激光不需要过分靠近难于接近的地方去进行加工,甚至可以利用光导纤维进行传导加工,这就是光纤激光器
(6)可控性好,易于实现自动化。例如激光装在机械手上进行薄壁曲面的焊接;将数控龙门式的电主轴改为激光头,就是数控激光切割床,能加工一定厚度的钣金件,加工圆孔,方孔,异形孔等;以圆柱坐标系为系统的数控激光切割能加工任意形状的管材,能将管材割出不同形状的断面。
上图
1,分析方法
YAG激光的典型结构
调试原理见图
棒子和镜片尽量保持在同一中心轴线上,理论上是这样说,实际上是不可能做到的,因为误差是不可消除
误差产生的原因及出现何种现象
注:示意图采用夸张化的表达方式
若有偏差,实际上大概是这么一个情况,将光斑投影到墙上或者投影屏上,你会发现出现很多光斑
大概是这样
关于全反镜片半反镜片的参数和安装,全反镜表面是有曲率弧度的,去购买镜片时常见的有 R-1000,R-2000的全反镜片,这个参数也是全反镜片的焦点,这里以R-1000的为例,采用夸张的表达方式,光在这里不断来回反射,每次反射会经过棒子,不断地进行光放大,当光累计超过一个阈值时,由半反镜输出激光
所以,镜片安装对里激光棒的端面的距离没有严格要求,合适就行,理论上全反镜离棒子远点,激光输出发散就小点,但实际上看不出,如果R值大点,激光输出也是发散小一点的,但也不要太远了
但实际情况要复杂很多,以上分析是有很多实际因素没有考虑进去的
调试总结:
初中几何知识,自己去体会吧,就不多说了
总结一句话:两镜片端面和YAG棒端面平行,与轴线垂直,两镜片中轴线和棒子中轴线全部重合在同一直线上
2,调试
以半导体YAG激光为例,其方法都是一样的,上次DIY的75W半导体激光拆了,再重新装一遍说一下
改装的激光电源做测试, 太乱了
这里说一下激光调整镜架,二维和四维调整镜架是怎么回事:物体在空间中有6个自由度,分别是X、Y、Z 方向的移动和X、Y、Z 轴线上的转动, 按照自由度限制原则, 一个大平面能限制3个自由度,一个小平面能限制两个自由度, 一个点能限制1个自由度: 二维镜架只有2个旋转自由度,而四维镜架有2个旋转自由度和2个移动自由度
安装红光指示器
由于指示器装不上去,直径相差太大,我又去车了个铜套回来装
红激光指示器,安装在4维调整镜架上, 调整的过程全靠它,它可以比喻成中轴线,理论上的中轴线是不存在的,而利用红光指示器可以让中轴线“看得见摸不着”
测量好激光棒的中心高度,这个激光头的激光棒中心高度我测得是40mm
测量好镜架中心高度,或者由卖你镜架的商家提供给你都行,我的镜架中心高度是30mm ,再测下给大家看, 30mm, 如果不够怎么办,自己想办法吧。。。哈哈
不够当然加垫块,加够
做实验,方便就行,直接胶水粘其固定
点亮红光指示激光器
安装泵浦头,调整镜架激光要能顺利过棒子哦,为了能看得到看得明显,我特意粘上胶带
激光出来
装全反镜,调试
看到有两个光斑,要调, 调到光斑全部重合到一个上就OK
调好后通电的效果
就这点东东了
最后看看光斑
实验一下,如果全反镜靠近一些会出现什么情况
再看看这时的光斑,感觉光斑是有点变大了,改变距离短了点,只是变化不太明显
Part2
开始安装大型激光了,
所需器材
激光棒,φ8*165 ,的激光棒
水泵和水箱制作
买了个盒子, 开孔,用铁皮做一圈,烧红一烫就可以开孔了
激光电源
这个我花了一天时间才修好的,又花了1天时间研究了下怎么启动
然后制作激光器的架子
CAD出图
去加工,师傅没空, 自己动手加工了,就钻孔而已,把零件做回来组装
电源调试中,刚开始用小电容试,用隔离变压器充电
调光
调好了的样子
-