制造用激光光束质量、传输质量与聚焦质量

总序

序言

前言

第1章概论

1.1光束质量决定了激光制造应用技术的发展

1.2光束质量标志了激光制造系统技术的水平

参考文献

第2章光束质量评价

2.1激光场的描述

2.1.1光束束宽

2.1.2光束直径

2.1.3光束半径

2.1.4束腰直径

2.1.5束腰半径

2.1.6束散角和束散半角

2.1.7光束模式

2.1.8Rayleigh长度

2.2评价激光光束质量的参数

2.2.1光束聚焦特征参数值K1

2.2.2M2因子

2.2.3光束远场发散角

2.2.4亮度

2.2.5等效光束质量因子M2

2.2.6光束衍射极限倍数因子

2.2.7Strehl比

2.2.8BQ值

2.2.9模式纯度

2.2.10空间相干性或相干度

2.3用Kf值评价激光光束质量

2.3.1用M2因子评价激光光束质量

2.3.2用Kf值评价激光光束质量

2.4影响激光光束质量的因素

2.4.1增益介质对光束质量的影响

2.4.2谐振腔对光束质量的影响

2.4.3光束控制系统对光束质量的影响

参考文献

第3章激光光束质量的测量

3.1激光光束质量的测量方法

3.1.1激光束模式鉴别方法

3.1.2激光辐射束散角测量方法

3.1.3激光辐射光束直径测量方法

3.2大功率激光光束光斑质量诊断仪

3.2.1工作原理

3.2.2数学模型

3.2.3探针的设计和加工

3.2.4机械部件

3.2.5测量系统

3.2.6软件开发

3.2.7数据处理和基本光束参数计算

3.2.8能量密度分布的图形显示

3.3系统性能参数与测量精度

3.3.1测量窗口

3.3.2采样点数

3.3.3小孔孔径

3.4测量系统的应用

3.4.1激光器的检测

3.4.2光学传输系统的检测

3.4.3光束整形系统的检测

3.4.4几种典型工业用大功率激光器的测量

3.5光束参数的计算

参考文献

第4章制造用激光器的光束质量

4.1制造用激光器的主要光学参数

4.1.1波长

4.1.2能量(功率)

4.1.3偏振特性

4.1.4时间特性

4.1.5空间特性

4.2制造用激光器的发展

4.2.1工业用CO2激光器

4.2.2工业用固体激光器

4.2.3大功率半导体激光器

参考文献

第5章光束质量与大功率激光聚焦质量的关系

5.1大功率CO2激光聚焦理论的研究

5.1.1Gauss光束通过薄透镜的聚焦理论

5.1.2基于附加相移的混合模激光束聚焦理论

5.1.3最小光强起伏的激光加工光学系统的设计

5.2大功率YAG激光束聚焦理论的研究

5.2.1大功率激光束的成像变换

5.2.2单透镜聚焦

5.2.3望远镜聚焦系统

5.3光束质量与大功率激光束的聚焦质量

5.3.1光束质量对光束聚焦影响的理论分析

5.3.2光束质量对焦斑大小的影响

5.3.3光束质量对焦斑位置的影响

5.3.4光束质量对焦深的影响

参考文献

第6章光束质量与大功率激光的传输质量的关系

6.1大功率CO2激光的传输理论

6.1.1大功率激光束的分类

6.1.2基于附加相移的混合模激光束的传输特性

6.1.3奇数模对光束横截面强度分布的影响

6.2光束质量与大功率CO2激光传输的关系

6.2.1CO2激光传输过程中的焦点漂移

6.2.2改善焦点漂移现象的光学自适应系统

6.2.3光束质量对飞行光学导光系统设计的影响

6.3空气热透镜效应对大功率CO2激光传输与聚焦的影响

6.3.1压缩空气对光束传输的影响

6.3.2热透镜效应对光束的扩束作用

6.3.3空气热透镜效应对束腰位置和大小的影响

6.3.4空气热透镜效应对激光束光束质量的影响

6.3.5空气热透镜效应对聚焦焦点的位置和大小的影响

6.4大范围激光加工飞行光学导光系统的理论与设计

6.4.1多模激光光束变换原理

6.4.2飞行光学系统中光束变换系统的设计

6.5大功率YAG激光的传输理论

6.5.1光纤传输的优势

6.5.2光纤的构成、分类及损耗

6.5.3光纤耦合技术

6.5.4光束质量与耦合光纤芯径的关系

参考文献

第7章光束质量对激光加工过程的影响

7.1光束质量对激光切割过程的影响

7.1.1激光切割的基本原理

7.1.2光束质量对激光切割的影响

7.2光束质量对激光焊接过程的影响

7.2.1激光深熔焊接机理

7.2.2激光深熔焊接的数学模拟

7.2.3激光深熔焊接物理数学模型

7.2.4光束质量对激光深熔焊接的影响

7.2.5数学模型计算误差的分析

参考文献

第8章激光加工过程及加工质量监测

8.1引言

8.1.1监测对象和方法

8.1.2技术网络图

8.2激光与材料作用过程的监测

8.2.1高速摄影法监测体系

8.2.2采样信号对光致等离子体监测

8.2.3对工件物理参数和加工质量指标实时监测

8.3跟踪监测

8.3.1激光焊接焊缝跟踪系统

8.3.2激光切割高度调节系统

参考文献

　　本书对制造用大功率激光光束质量的评价和测量做出了系统的论述，通过分析光束质量与大功率激光传输和聚焦的关系，体现了光束质量对激光器发展的决定性作用，及其对激光加工过程的重要影响。全书结构严谨，内容深入浅出，物理概念清晰，反映了作者对激光制造技术应用发展的独特观点，具有积极的理论意义和对工程实际的指导意义。　　本书面向大功率激光在工业制造领域的应用，以激光光束质量为主线，阐述了光束质量对激光制造过程贯穿始终的重要影响。　　本书主要阐述了工业制造用激光器光束质量的评价和测量方法及其通过传输和聚焦对激光加工过程的影响。书中提出了用光束聚焦特征参数值作为评价激光光束质量的参数，介绍了光束质量和光束传输、聚焦特性之间的关系，描述了光束质量对激光加工过程的影响。实际上，光束质量的最大意义就在于它体现了激光束的可传输和聚焦能力。本书最后介绍了激光加工过程质量监测。　　本书可作为高等院校光学、光学工程专业参考书，可供从事激光技术应用领域的科技工作者、教师、研究生或高年级学生参考。