“高斯”

眾所周知,光纖激光器所激發光束的能量分布近似于“高斯分布”,所以也被成為“高斯”。

高斯光束的能量分布

理論解釋

我們簡單看一下光纖激光器的原理和構造,它是由泵浦源、多模耦合器 (合束器)、光纖光柵、有源光纖、光束校準輸出模塊以及無源光纖(能量輸出光纖)等組成。當激光器內部只有一個泵浦模塊時,就稱之為單模激光器,而多個泵浦模塊組合在一起,通過合束器讓多束泵浦光進入有源光纖中,這樣可以得到更高功率的光束,這種多模塊組合的激光器就是多模激光器。因而,主流的光纖激光器產品中,單模激光器大都為中小功率,而高功率產品則多是多模激光器。

光纖激光器構造

區別

通過光纖激光器的構造,我們比較容易理解多模和單模的區別:單模的纖芯比較細,發出的是典型的高斯光束,能量非常集中,類似陡峭的山峰,光束質量也要優于多模;多模相當于是多束高斯光束的組合,所以能量分布近似一個倒扣的杯子,比較平均,當然光束質量較單模也要差一些。

1500W單模(上)和1500多模(下)對比

應用

基于這些特性,單模和多模的應用方向也有所不同,比如,在1mm及以下不銹鋼/碳鋼薄板的切割中,單模的加工效率明顯優于多模(單???5%~20%),且切割質量相近;而在2mm及以上的厚板切割中,無論是質量還是效率,高功率的多模激光器都表現更好。同樣在焊接領域,熱傳導焊中,單模激光器可以得到更加均勻平滑的焊縫,所以一些薄材的焊接都采用單模激光器,比如軟包動力電池成組時極耳的疊焊;而在深熔焊中,多模激光器能得到深寬比更優的焊縫,例如方形動力電池組Bus-Bar的焊接。

單模的熱傳導焊

多模深熔焊

總結

激光器的單模和多模特性是選擇光纖激光器的一個重要依據,了解激光器的這些區別之后,今后的采購,生產加工和工藝試驗等活動中,就可以根據這些區別合理的選擇不同芯徑,單/多模及功率大小的光纖激光器。