光纖導光系統的原理和要求是什么？光纖導光系統系統簡介

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導光光纖（光纖導光系統系統簡介）

(相關資料圖)

光學導光系統

光學導光系統的作用是將激光器輸出的激光引導到聚焦系統或勻光系統。常用的導光系統有光纖導光系統、多關節式導光系統等。

光纖導光系統的原理和要求

光纖是利用光的全反射原理傳輸光能。光纖是圓柱形光波導，纖芯折射率n1大于包層折射率n2,光線在子午面內由光纖端面進入到光纖纖芯，并以人射角0人射到纖芯和包層界面時，若入射角0大于臨界角。0=n2/n1,則發生全反射，在纖芯中繼續不斷地全反射，以鋸齒形狀在光纖中傳輸，從另一端折射輸出。對于光纖端面上的入射角φ·存在一個最大值c,可由全反射條件和臨界角關系給出：

當φ>4m時，光線將透過界面進入包層，向周圍空間產生輻射損耗，光纖則不能有效地傳輸光能，通常將nsing彌為光纖的數值孔經（NA)。

稱為纖芯和包層的相對折射率差，一般光纖的為0.01~0.05,若光纖所在介質為空氣（no=1),則數值孔徑（VA)一定小于1。

普通光纖是以SiO?為基質材料，可以很好地透過波長為1.06um的YAG激光，但是對波長為10.6μm的CO?激光不透明，目前在研究將鹵化物材料用來作為傳輸CO?激光的光纖材料。激光加工用的光纖與普通光通信用光纖不同，需要傳輸高功率激光，要求能承受高功率密度。

一般芯徑較大，為幾百至上千微米。例如，用芯徑為600μm的光纖傳輸1kW的激光時，功率密度可達3x105 W/c㎡.可以滿足焊接和切割等激光加工的要求。雖然光纖可以傳輸連續和脈沖激光，但由于調Q激光和鎖模激光的峰值功率太高。容易把光纖端面損壞。所以一般調Q激光和鎖摸激光不能用光纖傳輸。必須采用轉動反射鏡提高損傷閾值的多關節式導光系統，另外應當注意光纖端面保持干凈，否則再灰塵在強激光照射下很快汽化，容易將光纖端面損壞、嚴重影響加工質影響光纖傳輸的因素包括光纖的數值孔徑、纖芯的尺寸、纖芯和包層的相對折射率差、光斑尺寸、激光功率、光纖端面質量、連接隅合、光纖長度等參數。

光纖導光系統的優點

①光纖傳輸系統比透鏡、反射鏡、校鏡等系統體積小，結構簡單，柔性好，靈活方便，可以加工常規系統不容易加工的部位。

②光纖傳輸系統容易實現一臺激光輸出，輪流或同時導向多個加工部位。

③采用光纖可以遠距離傳輸，光束不發散。

④采用光纖可顯著改善加工光束的均勻性，使加工區域的邊緣清晰。

⑤光纖便于與機器人或其他元件耦合，給各種應用帶來了方便。

但由于光纖傳輸存在光纖端面的反射損耗、光纖的吸收損耗、散射損耗等，所以光纖傳輸系統的傳輸效率約為90%.目前光纖導光系統僅可用于波長為1.06um的Nd:YAG激光器的導光系統，波長為10.6μm的CO?激光器因熱損嚴重，一般不采用。

多關節式導光系統

多關節式導光系統是將多個光學關節組合在一起，形成光學關節臂，其輸入端固定，輸出端由外部操作，可以按任意方位到達任何需要加工的位置。光束經過多關節式導光系統后，在導光光路長為2m時，出射光束相對于光軸中心的偏移量可做到士1mm以內，每一個拐彎處都是一個45°的轉動反射鏡，即反射鏡繞入射光軸線轉動，以改變光束的方向。多個轉動反射鏡的組合，將光束傳播至所需加工的任意部位。每個反射鏡一般鍍有高破壞閾值的45°全反射介質膜，以便盡可能多地將光束能量傳播到加工部位，并防止被激光打壞。