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Nd（钕）:YAG激光器激光焊接指南
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目录

介绍
激光产生原理
Nd:YAG激光介质
泵浦源
谐振器
激光安全






















激光基础
介绍
“激光”一词是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（受激辐射而放大光）缩写，激光器要素有：


3全反射镜


Nd:YAG激光器有两种类型，连续波和脉冲波，正如它们名字所指，连续激光波形要么是开，要么是关，但脉冲激光只用部分脉冲完成焊接。脉冲激光利用峰值功率进行焊接，反之连续激光使用是平均功率，这使得脉冲激光只用很小能量就能实现焊接，并形成了更小热影响区，
脉冲激光焊提供了无和伦比点焊性能和极低焊接热输入，米亚奇就是脉冲激光焊机。
激光产生原理
激光本质上是分三步产生，发生几乎是瞬间。
泵浦源给介质提供能量，将介质内部原子激活，使得带电原子临时被激发到高能级，处于此活跃级带电原子是不稳定，于是跃迁到低能级，在这个过程中，从泵浦源吸收能量电子释放多出能量并辐射出一个光子，这个过程叫做自发辐射，经过这种方法产生光子是激光种子。
光子自发传输并最终撞击到别处于高能级电子，因为光速极快，处于激发态原子密度很大，所以这个过程是极其短暂，入射光子将电子从高能级激发到低能级并产生另一个光子，这两个光子是相干，这意味着它们相位相同，波长相同，传输方向相同，这个过程叫做受激辐射。
光子传输方向是不定，然而部分沿着介质传输光子撞击共振器反射镜，又经过介质反射回来，共振反射镜决定了受激辐射优先扩大方向，为了使这个扩大发生，那处于活跃态能级原子数量必需远大于处于低能级原子数量，这种大量处于活跃能级“粒子数反转“是产生激光必需条件。
谐振器
泵浦能量
电子
两个激光光子
基态
活跃态
泵浦能量
电子
激光光子
基态
活跃态
图B: 激光产生三个阶段简化图示，包含：（1）自发辐射（2）受激辐射（3）放大
Nd:YAG激光介质
Nd：YAG激光焊接者所用激光棒是一个合成钇铝石榴石晶体，主体材料是含有一小部分钕YAG材料，一个活性元素，在钇离子中加入钕离子叫做掺杂，通常掺杂百分比约为1，%，选择最好激光效果和预防过分应变晶体为掺杂时机，因为Nd3+离子体积大于Y3 +离子，YAG晶体是激光材料Nd3+理想主体材料，硬度高，稳定，光性均匀，并含有良好导热性，许可激光在高平均功率水平工作，钕是一个很好激光材料，因为它能产生比任何其它掺杂元素全部要高功率，激光棒功率和光学性能决定了它尺寸，因为晶体质量和热管理，激光棒最大尺寸限制在了长度200mm和直径15mm。
泵浦源
使活跃介质产生激光，需要输入外部能量或泵浦源，泵浦源选择取决于激光介质类型和激光类型，Nd：YAG晶体是一个固态激光器，即介质是固态晶体，并用光能量作为泵浦源
，光能是由脉冲激光焊机闪光灯提供。
谐振器
谐振腔设计对激光束发射质量和空间功率分布有着关键影响，最常见谐振器设计成由两个球形或平面反射镜面对面，光束传输特征是由反射镜曲率和它们之间距离决定，光镜曲率和间距优化需要复杂分析，这是因为激光棒中产生激光过程中热效应将其愈加复杂化了，当激光吸收泵浦能量时，激光棒就被加热。假如泵浦能量频率超出晶体热弛豫时间，晶体温度就会升高，这造成在激光棒晶体温度梯度引发烧透镜效应，使晶体作为透镜衍射激光功率降低，这个过程在晶体激光棒中引发温差，并