氣體雷射與固體雷射/半導體雷射的差異

雷射焊接中使用的雷射,使用氣體、固體以及半導體作為媒介。
依據媒介的不同,輸出的雷射光的振盪形態、輸出和轉換效率都有所不同。
在此說明其各自的特點,還將說明雷射焊接的一大因素振盪形態。

媒介導致的雷射光差異

媒介差異導致的振盪形態、輸出和轉換效率的差異如下所示。

振盪形態(P:脈衝,CW:連續) 輸出(P:脈衝,CW:連續) 轉換效率(%)
氣體雷射 CO2
  • P
  • CW
  • P:10 MW
  • CW:20 kW
  • 最大20
固體雷射 YAG
  • P
  • CW
  • P:10 MW
  • CW:400 W
  • Q開關:10 MW
  • 最大3
半導體雷射 GaAs(砷化鎵)
InGaAsP(磷化砷鎵銦)
  • P
  • CW
  • P:10 W
  • CW:100 mW
  • 最大100

關於振盪形態

雷射的振盪形態分為「脈衝振盪」和「連續振盪」。脈衝振盪是控制雷射光的強度、波長和相位(光變調)產生脈衝波的形態。有透過控制雷射共振腔的Q值產生脈衝的Q開關雷射等方法。「Q值」是指每個週期消耗的能量相對於蓄積的能量的比率,可以用以下公式表示。

Q=(2π・蓄積的能量)/(每個週期消耗的能量)

另外,不同的振盪形態,會產生如下形狀不同的焊

脈衝振盪(P)

脈衝振盪(P)

連續振盪(CW)

連續振盪(CW)
A
焊縫
B
雷射光
C
光束移動
D
加壓

固體雷射

固體雷射是指使用釔、鋁、石榴石等礦石(YAG)以及釩酸釔晶體(YVO4)等作為雷射媒介的雷射光。固體雷射的單位體積雷射輸出大,因此即便是小型共振器也可產生較大的雷射輸出。

固體雷射

A
全反射鏡
B
雷射光
C
激發光源(燈、LD)
D
YAG晶體
E
部分反射鏡
F
鏡頭
G
光纖
H
鏡頭
I
被加工物

氣體雷射

氣體雷射是指使用CO2等作為雷射媒介的雷射光。與固體雷射等相比,雷射媒介為均質,損失小,可以將共振器結構做成大型,因此可以獲得較大的雷射輸出。

氣體雷射

A
全反射鏡
B
電極
C
雷射氣體
D
部分反射鏡
E
雷射光
F
金屬鏡子
G
鏡頭
H
被加工物

半導體雷射

半導體雷射是指使用Ⅲ-Ⅴ族半導體或Ⅳ-Ⅵ族半導體作為雷射媒介的雷射光。均可使用小型裝置獲得較大的雷射輸出。半導體是固體的一種,但在雷射技術領域中優勢會作為有別於固體的單獨分類。

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