制造用激光光束质量、传输质量与聚焦质量PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1光束质量决定了激光制造应用技术的发展 2

1.2光束质量标志了激光制造系统技术的水平 4

参考文献 6

第2章 光束质量评价 7

2.1激光场的描述 7

2.1.1光束束宽 7

2.1.2光束直径 8

2.1.3光束半径 8

2.1.4束腰直径 9

2.1.5束腰半径 9

2.1.6束散角和束散半角 9

2.1.7光束模式 10

2.1.8Rayleigh长度 13

2.2评价激光光束质量的参数 13

2.2.1光束聚焦特征参数值Kf 14

2.2.2M2因子 15

2.2.3光束远场发散角 16

2.2.4亮度 16

2.2.5等效光束质量因子Me2 16

2.2.6光束衍射极限倍数因子 16

2.2.7Strehl比 17

2.2.8BQ值 17

2.2.9模式纯度 17

2.2.10空间相干性或相干度 17

2.3用Kf值评价激光光束质量 19

2.3.1用M2因子评价激光光束质量 19

2.3.2用Kf值评价激光光束质量 20

2.4影响激光光束质量的因素 21

2.4.1增益介质对光束质量的影响 22

2.4.2谐振腔对光束质量的影响 22

2.4.3光束控制系统对光束质量的影响 22

参考文献 22

第3章 激光光束质量的测量 24

3.1激光光束质量的测量方法 24

3.1.1激光束模式鉴别方法 25

3.1.2激光辐射束散角测量方法 25

3.1.3激光辐射光束直径测量方法 26

3.2大功率激光光束光斑质量诊断仪 29

3.2.1工作原理 30

3.2.2数学模型 31

3.2.3探针的设计和加工 36

3.2.4机械部件 39

3.2.5测量系统 39

3.2.6软件开发 42

3.2.7数据处理和基本光束参数计算 44

3.2.8能量密度分布的图形显示 45

3.3系统性能参数与测量精度 49

3.3.1测量窗口 49

3.3.2采样点数 66

3.3.3小孔孔径 68

3.4测量系统的应用 71

3.4.1激光器的检测 71

3.4.2光学传输系统的检测 73

3.4.3光束整形系统的检测 74

3.4.4几种典型工业用大功率激光器的测量 75

3.5光束参数的计算 80

参考文献 81

第4章 制造用激光器的光束质量 83

4.1制造用激光器的主要光学参数 83

4.1.1波长 83

4.1.2能量（功率） 86

4.1.3偏振特性 90

4.1.4时间特性 92

4.1.5空间特性 95

4.2制造用激光器的发展 97

4.2.1工业用CO2激光器 98

4.2.2工业用固体激光器 102

4.2.3大功率半导体激光器 106

参考文献 108

第5章 光束质量与大功率激光聚焦质量的关系 110

5.1大功率CO2激光聚焦理论的研究 111

5.1.1Gauss光束通过薄透镜的聚焦理论 111

5.1.2基于附加相移的混合模激光束聚焦理论 113

5.1.3最小光强起伏的激光加工光学系统的设计 116

5.2大功率YAG激光束聚焦理论的研究 119

5.2.1大功率激光束的成像变换 120

5.2.2单透镜聚焦 121

5.2.3望远镜聚焦系统 125

5.3光束质量与大功率激光束的聚焦质量 126

5.3.1光束质量对光束聚焦影响的理论分析 126

5.3.2光束质量对焦斑大小的影响 131

5.3.3光束质量对焦斑位置的影响 132

5.3.4光束质量对焦深的影响 132

参考文献 134

第6章 光束质量与大功率激光的传输质量的关系 135

6.1大功率CO2激光的传输理论 136

6.1.1大功率激光束的分类 136

6.1.2基于附加相移的混合模激光束的传输特性 138

6.1.3奇数模对光束横截面强度分布的影响 140

6.2光束质量与大功率CO2激光传输的关系 141

6.2.1CO2激光传输过程中的焦点漂移 141

6.2.2改善焦点漂移现象的光学自适应系统 147

6.2.3光束质量对飞行光学导光系统设计的影响 148

6.3空气热透镜效应对大功率CO2激光传输与聚焦的影响 152

6.3.1压缩空气对光束传输的影响 153

6.3.2热透镜效应对光束的扩束作用 154

6.3.3空气热透镜效应对束腰位置和大小的影响 155

6.3.4空气热透镜效应对激光束光束质量的影响 155

6.3.5空气热透镜效应对聚焦焦点的位置和大小的影响 155

6.4大范围激光加工飞行光学导光系统的理论与设计 157

6.4.1多模激光光束变换原理 157

6.4.2飞行光学系统中光束变换系统的设计 159

6.5大功率YAG激光的传输理论 160

6.5.1光纤传输的优势 160

6.5.2光纤的构成、分类及损耗 162

6.5.3光纤耦合技术 166

6.5.4光束质量与耦合光纤芯径的关系 175

参考文献 178

第7章 光束质量对激光加工过程的影响 180

7.1光束质量对激光切割过程的影响 180

7.1.1激光切割的基本原理 180

7.1.2光束质量对激光切割的影响 182

7.2光束质量对激光焊接过程的影响 183

7.2.1激光深熔焊接机理 184

7.2.2激光深熔焊接的数学模拟 186

7.2.3激光深熔焊接物理数学模型 192

7.2.4光束质量对激光深熔焊接的影响 204

7.2.5数学模型计算误差的分析 216

参考文献 223

第8章 激光加工过程及加工质量监测 225

8.1引言 225

8.1.1监测对象和方法 226

8.1.2技术网络图 227

8.2激光与材料作用过程的监测 228

8.2.1高速摄影法监测体系 228

8.2.2采样信号对光致等离子体监测 232

8.2.3对工件物理参数和加工质量指标实时监测 238

8.3跟踪监测 239

8.3.1激光焊接焊缝跟踪系统 240

8.3.2激光切割高度调节系统 243

参考文献 246