光束偏振对激光切割效率的影响

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1、第!"卷!第#期’()*!%+,-(*$激光与光电子学进展$%"&年$月./0*$%%&理论光束偏振对激光切割效率的影响与研究提要给出了三维激光切割理论#估计了用不同偏振方式所确定的切割效率!给出了平面平行偏振限制的物理因素#当板材厚度与切割宽度比较大时!用径向偏振光束与用平面平行偏振以及圆偏振光束相比较!激光切割效率分别提高3*4至$倍#讨论了产生径向偏振光束的方法#关键词光束偏振!激光切割!切割效率!""引言吸收大量能量!即切割方向平行于简单描述!没作具体定量的计算#电场矢量的振荡平面!获得最高切在文献*!!+中!对二维激光切割进激光切割金属是激光加工最割效率#但

2、是很多公司生产的工业行了分析!并考虑到了强度按高斯普及的方法#在激光切割的实践中激光器!输出光束是圆偏振的#迄定律分布及在切割前表面上的费提出了许多基础问题!其中最重要今为止!大多数金属切割系统使用涅尔吸收#的是激光切割效率#激光切割效率的是圆偏振激光!尽管使用平面,定义为切除材料损耗的能量与输偏振光对切割在工件前表面的能!数学模型入能量之比#目前!激光切割金属量吸收能达到最大#本研究解决三维切割形状描分为两个领域"一是切割薄板!板近年来!许多作者从辐射吸收述问题#考虑了整个切割表面的辐厚$!%与切割宽度$"%之比较小&和切割成形概念出发!研究了激光射吸收B即前表面吸

3、收和壁面吸收#另一是切割厚板!!!"!!##切割金切割理论*-./+#具体分析了热源运动这使得能从相同视点比较不同激属薄板需要的激光功率较低!通常时的热扩散(流体动力学过程(氧光束偏振’平面偏振(圆偏振等%用$%&’’模的激光束#要快速切割气的作用!切割壁上条纹的形成与材料作用的效率#激光切割时通薄板必须将光束聚焦#通常使用平等)有些作者用费涅尔定律研究辐过高压气体喷射指向刀口!气体喷面偏振辐射!最大吸收在切割材料射的吸收!对平面平行偏振激光束射的主要作用是排除熔化的材料!的前表面#这种情况下!使用平面在切割前面表的吸收*0+!给出了焦在目前所用的高强度气体喷射条偏振

4、激光是有利的#点位置和模结构的影响!但尚未分件下!流体动力学过程非常快!所用激光切割厚金属板时!情况析不同偏振态对激光切割的影响*以认为材料被立刻排除#因此不需就不同了#一方面采用的是长焦距俄罗斯学者12"32"45676,89:;等!用要详细描述流体动力学过程#透镜!因此!主模’$%&’’模%的优三维金属切割模型计算了最大切本文不讨论在切割表面上的点基本上显现不出#另一方面!在割深度*<+*计算中将光束截面能量化学反应!即讨论无氧激光切割#高功率激光器中获得主模振荡比密度取作常量!但没考虑切割壁上无氧激光切割效率和切割质量问较困难!通常使用低阶横模结构的吸收影响*在

5、=2>36?7@9A等人提题也是真实的*!-+!目前的研究!讨论’$%&’’(’!)!$%&’!)%的光束#出的激光切割三维模型中考虑到不同偏振方式辐射的吸收问题!对在早期的研究中!用平面偏振了强度+偏振态(焦点位置(模结构有氧切割也很重要#辐射做激光切割的基本特性已做了理论和实验研究*!+#用平面偏振及光束发散度等参量对切割过程在实际切割条件下!热主要集的影响*!’+!但仅限于对切割形状的中在从刀口随气流排除的熔化材辐射做激光切割!在切割的前表面!收稿日期"$%%$1%21$!第!"卷!第#期’()*!%+,-(*$激光与光电子学进展$%"&年$月./0*$%%&料

6、中"温度分布局限在薄的表面质排除速度!/是吸收的光功率密$&$&*"2.#-!+%+&.0-856929".66-#.$’$!层!因此!本模型忽略热传导过程"度!并定义按文献&!!’的解析!从方程本模型考虑几何光学近似!只/*#-!+%+&+’)0-856929"):;<-8)666-%)考虑单次反射"与激光打孔的通道其中0-856929")是吸收系数!8是在"$&+*.#-!+%+&+.0-85929".666666-I.$!相比!切割呈开放形状"从激光束表面上激光束的入射角计算出通解&-!+%+’.*&<-!+%.+G-!+%+’.的作用区反射的辐射!在该区外壁上

7、8*8=:>?&,+&,#!%稳态部分&<-!+%.%散射"因此!在热传导金属中!反射9是激光束入射与它的运动方向之&I$式定义的稳态解&<-!+%.在的辐射对材料破坏和耗散无贡献"间的夹角稳定切割条件下准确描述表面状激光切割比#深度与宽度之9*8=:>?(&%&&!.态%在实际的激光加工条件中!在比$实际上大约为!"%这意味着辐在平面偏振光束情况下!电场矢量切割表面发生低振幅对流不稳定射与材料相互作用主要发生在接和光束速度矢量之间的角度9"为性&!B’!它沿表面&移动%不稳定幅度<近主角度&对钢约为#$!$的大角常数%增长受光束作用区中不稳定性存度