光纤激光打标机原理

光纤激光打标机是利用激光束在各种不同的物质表面打上永久的标记。打标的效应是通过表层物质的蒸发露出深层物质，或者是通过光能导致表层物质的化学物理变化而"刻"出痕迹，或者是通过光能烧掉部分物质，显出所需刻蚀的图案、文字、条形码等各类图形

所谓光纤激光打标机是指该款打标机使用的是光纤激光器，光纤激光器具有体积小（无水冷装置，使用风冷）、光是质量好（基模）、免维护等特点。

光纤激光打标机主要由光纤激光器、高速扫描振镜、打标软件、工控电脑和机柜等部件组成。其中光纤激光器为主要核心部件。

为当今国际上最先进激光标记设备，具有光束质量好，体积小、速度快、工作寿命长、安装灵活方便以及免维护等特点。广泛用于是集成电路芯片、电脑配件、工业轴承、钟表、电子及通讯产品、航天航空器件、各种汽车零件、家电、五金工具、模具、电线电缆、食品包装、首饰、烟草以及军用事等众多领域图形和文字的标记，以及大批量生产线作业。光纤激光器，国际最新型，最可靠结构，体积小巧（410*200*270mm3），耗电量小，无高电压无需庞大的水冷系统（仅需约300W），光束质量高，接近理想光束，USB接口输出控制，光学扫描振镜，激光重复频率高，高速无畸变。

光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。

光纤激光器种类很多，根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可以有多种不同的分类方式。根据目前光纤激光器技术的发展情况，其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种：

（1）按增益介质分类为：

a）晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:YAG单晶光纤激光器等。

b）非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。

c）稀土类掺杂光纤激光器。向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，（Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等，基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶）而制成光纤激光器。

d）塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。

（2）按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。

（3）按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。

（4）按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器，其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调Q光纤激光器（脉冲宽度为ns量级）和锁模光纤激光器（脉冲宽度为ps或fs量级）。

（5）根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。

（6）根据激光输出波长的可调谐特性分为可调谐单波长激光器，可调谐多波长激光器。

（7）按激光输出波长的波段分类为S-波段（1460~1530nm）、C-波段（1530~1565nm）、L-波段（1565~1610nm）。

（8）按照是否锁模，可以分为：连续光激光器和锁模激光器。通常的多波长激光器属于连续光激光器。

按照锁模器件而言，可以分为被动锁模激光器和主动锁模激光器。

其中被动锁模激光器又有:

等效/假饱和吸收体：非线性旋转锁模激光器（8字型，NOLM和NPR）

真饱和吸收体：SESAM或者纳米材料（碳纳米管或者石墨烯）。

1）增益介质的表面积/体积比大

光纤激光器采用光纤做增益介质，具有很大的表面积/体积比，这使其具有非常好的散热性能，因此，即使非常高功率的光纤激光器，增益介质也不会受到热损害，一般无需对增益介质采取特别的散热措施，而其他种类的激光器，增益介质的散热问题是需要重点考虑的，因此，该特点是光纤激光器所独有的。

2）优异的双波导限制机制

高功率光纤激光器采用双包层有源光纤，这种双包层光纤是一种双波导结构，高功率的多模泵浦光被限制在直径较大的内包层中传输，为采用高功率廉价的多模泵浦光提供了条件，信号激光在直径很小的具有圆对称波导结构的纤芯中产生和传输，在小芯径纤芯波导的限制下，信号激光可获得理想的光束质量和极小的出光光斑直径，这是光纤激光器独具吸引力的重要特点，在高功率激光器中，目前还没有一种激光器能够超越。优异的光束质量和极小的出光光斑直径在激光应用中具有非常重要的意义，可使后续应用设备的光学系统更简单，体积更小，工作距离更长，激光聚焦光斑更小，工作效率更高，加工深度更深，加工质量更好等等。

3）固有的全封闭柔性光路

光纤激光器的光路全部由光纤和光纤元件构成，光纤和光纤元件之间采用光纤熔接技术连接，整个光路完全封闭在光纤波导中。这种天然的全封闭性光路一旦形成，无需另加隔离措施即可自成体系，实现与外界环境的隔离。由于光纤细小并具有很好的柔性，光路可盘绕和沿细小的管道穿行，因此，光纤激光器能够在比较恶劣的环境下工作，输出光可穿过狭小的缝隙或沿细小的管道进行远距离传输。这些特点在工业应用中优势巨大，激光器不但能适应比较恶劣的工作环境，而且可使激光器远离出光点，可将激光引入到以前很难到达的地方，可非常容易移动和改变出光点，实现多加工点共用一台激光器，可使激光加工设备的设计具有更高的灵活性等等。

4）光路具有免维护特性

如前所述，光纤激光器的光路全部由光纤和光纤元件构成，光纤和光纤元件之间采用光纤熔接技术连接，因此，光路一旦完成，即形成一个整体，实践证明，这样形成的连接结构和连接参数将长期保持稳定，如果光纤和光纤元件本身能有长期稳定性，整个光路将长期稳定，无需维护。需要特别指出的是，这种免维护的特性并非不可维护和维修，在需要的情况下，整个光路的维护和维修同样可以进行，因此，与气体和固体等激光器需要频繁的维护和维修相比，光纤激光器光路的免维护特性异常优异，而与半导体激光器的不可维修性相比，光纤激光器的可维护性和可维修性又表现出明显的优势。

5）单条宽发光区长寿命多模泵浦激光器

光纤激光器的光路具有长期的稳定性，因此，需要与之匹配的长寿命泵浦激光器才能获得整机的长寿命。发展低价格的长寿命多模泵浦激光器是发展长寿命光纤激光器的重点。单条宽发光区多模泵浦激光器就是根据这一理念而设计的一种长寿命半导体泵浦激光器，其条宽一般取100mm，基本上已接近105/125多模光纤的纤芯直径，其有源区条宽是列阵半导体激光器的几十倍，对单一发光条来说，同样输出功率和同样注入电流情况下，其光功率密度和电流密度将降低几十倍，有源区温度也会有所降低，在忽略其他因素的前提下，单条宽发光区半导体泵浦激光器降低失效率的作用是异常显着的。目前尾纤输出功率大于5W的单条宽发光区半导体泵浦激光器的平均无故障工作时间已经达到50万小时以上。

6）寿命长

从前面的讨论我们已经知道，采用单条宽发光区半导体泵浦激光器作为光纤激光器的泵浦源，光纤激光器将具备长寿命的特点，因此，制作具有几十万小时的长寿命光纤激光器在技术上已经可行。

7）体积小重量轻

光纤激光器由于光路可盘绕，光路占用空间较小，在采用单条宽发光区半导体泵浦激光器做泵浦源的情况下，泵浦激光器可分散安装，具有很好的散热特性，在安装密度不高的情况下，采用风冷即可，在安装密度较高的情况下，只需少量通水即可满足散热要求，因此，光纤激光器的体积比同样输出功率的气体和的脉冲掺镱光纤激光器，这例激光器通过一条柔软的带有金属护套的单模光纤，将1070nm的高功率激光直接引入集成设备（各种切割、焊接、打标等设备），经过准直扩束，再聚焦后的光斑尺寸可以几个微米或更小。这束接近衍射极限的超高质量的激光可以用于打标、钻孔、或加工不同的材料。YLP系列对于脉冲宽度、重复频率、和峰值功率可以提供一个非常宽范的选择。

应用领域：电子五金、手机按键、医疗器件、产品包装、眼镜钟表、汽车配件、在线生产、礼品广告、物质探测。

光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有以下优势：

（1）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势；

（2）玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配，这是由于玻璃基质Stark分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故；

（3）玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以转换效率较高，激光阈值低；

（4）输出激光波长多：这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多；

（5）可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。

（6）由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。

（7）光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。

（8）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。

（9）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。

（10）高的电光效率：综合电光效率高达20%以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。

（11）高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦.

主要是应用于对深度、光滑度、精细度要求较高的领域，如手机不锈钢饰片、钟表、模具、IC、手机按键等行业，位图打标，可在金属，塑料等表面标刻出精美的图片。

(1)激光器及光学镜头易碎，搬运时应小心轻放，并避免振动；

(2)机内出现故障时，应立即停止工作，由专业工作人员处理;

(3)严禁无水或水循环不正常情况下启动激光电源;

(4)注意开关机顺序，在关机时必须把电流调节到5A左右；

(5)注意打标机幅面不得超过工作幅面；

(6)注意保持室内及机器表面整洁干净；

(7)注意保持内循环水干净，定期清洗水箱并换干净去离子水或纯水。

本机维护

1)本机不工作时，应切断打标机和计算机电源。

2)本机不工作时，将场镜镜头盖盖好，防止灰尘污染光学镜片。

3）本机工作时电路呈高压状态，非专业人员，切勿在开机时检修，以免发生触电事故。

4）本机出现任何故障应立刻切断电源。

5）设备长时间使用，空气中的灰尘将吸附在聚焦镜下端表面上，轻者会降低激光器的功率，影响打标效果；重者造成光学镜片吸热过温以致炸裂。当打标效果不佳时，应仔细检查聚焦镜表面是否被污染。

如果是聚焦镜表面被污染，应卸下聚焦镜清洗其下端表面。

卸下聚焦镜应特别小心，注意不要碰坏或摔伤；同时，也不要用手或其他物品触及聚焦镜镜面。

清洗的方法是将无水乙醇（分析纯）与乙醚（分析纯）按3:1的比例混合，用长纤维棉签或镜头纸侵入混合液，轻轻擦洗聚焦镜下端表面，每擦试一面，须更换一次棉签或镜头纸。

6）在打标机工作过程中，不得挪动打标机，以免损坏机器。

7）打标机上不要覆盖堆或放其他物品，以免影响机器散热效果.

机型   XHY-F5   XHY-F10   XHY-F20   XHY-F30   XHY-F50   XHY-F100  

功率   5W   10W   20W   30W   50W   100W  

激光波长   1060nm  

重复频率   0-100KHZ  

光束质量   <2   <3   <5  

雕刻线速   ≤7000mm/s  

最小线宽   0．01mm  

最小字符   0.15mm  

重复精度   ±0.002  

供电电源   单相交流90-260V/50Hz-60Hz  

整机耗电   500W   1000W  

雕刻深度   ≤0.3mm   ≤0.5mm   ≤1.0mm  

操作系统   Win98/Win2000/WinXP  

冷却方式   内置风冷  

控制接口   标准USB  

打标范围   30mm/30mm-300mm/300mm  

文件格式WINDOWS操作系统字库的所有字体/字型