過去的幾年中，高功率二極管激光器（HPDL）已被成功地應用于工業生產中。除了用做固態激光器的泵浦源以外，它們還被用于材料加工中，例如焊接、軟釬焊和熱處理。此前，千瓦級的系統更為重要，因為它們可被用于金屬薄片的焊接以及局部回火。而目前，更多的微型加工應用利用了功率為 500W的HPDL來進行加工。HPDL的光束質量高而且聚焦光斑小，這些特點讓HPDL成為一項深具潛力的加工手段。 二極管激光器可被用于直接加工中，或者以光纖耦合系統的形式應用到加工中。用于直接加工的激光光斑為矩形焦斑，而光纖耦合系統中常見的是軸向對稱的光束（如圖1）。對于功率在150W范圍內的激光器來說，人們更多地使用被動制冷的光纖耦合激光系統。在半導體中產生的熱量經過一個大型銅制散熱片進行散熱。對于散熱片的冷卻來說，可以使用電熱元件，或者工業水冷系統。被動式制冷的二極管激光器優勢在于它的設計簡潔，而且所需的維護量很少。水冷二極管激光器需要使用的制冷劑，在被動式制冷的二極管激光器就不需要使用。在多數情況下，因為使用了大型散熱器，所以被動式制冷的二極管激光器無法得到直接輸出的激光，激光輻射必須通過光纖來傳輸，光纖直徑在400到800m。這類系統得到的焦斑直徑約在600到1200m，工作距離為100mm。在一些特殊應用中，也可以降低激光功率得到直徑更小的光斑。由于二極管激光器的光束質量高，因此若使用200m的光纖，在工件上可以達到約22W的激光能量。若使用焦距更短的透鏡，焦斑直徑可達120m。 在直接加工應用中，若所需的激光功率大于150W，可以使用主動冷卻型激光器。這樣，冷卻水的質量就變得非常重要。所有相關的參數都必須通過集成探測器的檢測，以確保系統的正常運轉。 應用和機遇 除了二極管的技術設計外，實際的應用場合決定了焦斑的大小和幾何形狀。線狀焦斑比圓形焦斑更適合進行熱處理。而矩形焦斑只有在對其參數進行嚴格限制的情況下，才可以被用于輪廓加工。二極管激光器設計簡潔，其傳感器可以直接被集成到聚焦頭，以便進行加工控制。在生產過程中使用高溫計和CCD攝像頭有助于對生產過程進行設置、控制和存檔。利用這些設備，技術人員甚至可以修復產品缺陷，從而令加工的質量更為可靠。近幾年來，人們更加重視利用激光透射來焊接聚合物塑料。與傳統技術（例如熱焊接、超聲波焊接、振動焊接技術等）相比，激光焊接的優勢在于能量傳輸無需直接接觸，而且其熱影響區域? ８縈τ們榭齙牟煌梢允褂貌煌姆絞嚼春附櫻熱繆諛ず附印⒙擲附印⑼膠附踴蛘咦紀膠附印９庀筍詈隙薌す餛韉墓饈柿亢芨擼溝米紀膠附又猩韞庋г氖褂貿晌贍堋? 在聚合物塑料的焊接中，選擇合適的激光波長是很重要的。在多數情況下，吸收率是由塑料中的添加劑決定的，比如塑料中的色素或者顏料，而不是由聚合物基體材料決定的。聚合物生產商提供了各種各樣不同顏色的塑料，用于激光透射焊接。大部分添加劑對于激光的吸收范圍比較窄。而且這些吸收范圍并不能覆蓋標準的激光波長范圍（808，940和960nm）。 HPDL在工業中的應用首先是對金屬的熱處理。應用實例包括導向桿的硬化處理、扭轉彈簧的熱處理；在這兩項應用中，激光能量輸入的局域化和可控性是巨大的優勢。目前的HPDL技術已經能夠加工外形很小的物體，而且準確性高，這就開拓了更有價值的應用前景。 對于標簽生產，具有微米級刀口的沖壓工具已經被集成到印刷機上。這些刀口必須進行硬化處理，而且在處理的過程中，必須避免刀口背面的材料也被加熱。因此，為了實現刀口上的均一硬化，集成了高溫計的HPDL被用來進行加工。該激光系統在一個閉合的回路上加熱，以保持刀口上的溫度不變（如圖2）。 直徑100~600m的鎢絲在放進燈泡里以前必須先被重新整形。然而，鎢絲是易碎金屬，在整形過程中需要回火，當鎢絲被加熱的時候，它必須被蓋上一層保護氣體。使用HPDL，人們可以通過閉環過程把鎢絲加熱至回火溫度，而且不會壞成形切刀。 激光低溫焊接是一項選擇性焊接技術，它被用來加工電子產品中需要低溫焊接的節點、傳感器和開關。該技術的優勢包括無接觸式加熱、合適的熱量、高度確定的能量輸入和易于操作。激光低溫焊接被用于需要避免熱影響的區域或者對加熱很敏感的元件。這類的實例包括軟質印刷電路（FPC，如圖 3）。在汽車和電子工業中，軟質印刷電路的應用日益廣泛。過熱將導致聚合物內部分層，從而破壞了零件。 能量輸入的局域化使技術人員能夠以低溫焊接小型元件，比如與細銅線相連的微型半導體。銅線的直徑為75m。半導體上的襯墊有金鍍層，大小為400×800m。由于加工過程非常精細，技術人員無法在材料上放上固體焊料或者焊泥，所以這里使用了直徑為300m的焊線。激光的焦點必須準確地定位到襯墊上，因為它周圍的塑料基底很容易吸收激光。對于接點的目測檢查沒有發現任何缺陷，X射線檢查沒有發現任何小孔和缺口。 前景和展望 在過去幾年中，二極管激光系統的開發商努力創造輸出功率和光束質量的新紀錄。隨著工業應用中激光系統的數量日益增加，其他的參數也變得更加重要。目前開發商們關注的新焦點在于激光可用性、可維護性，以及其工業設計，與此同時，成本還必須保持在低水平上。半導體的可靠性以及組裝技術是實現這些市場需求的重要方面。 首批的HPDL系統不帶有集成的傳感器，而目前幾乎所有相關的系統參數都有相應的感應器，這些條件參數包括了冷卻參數、激光器模塊內濕度。集成到加工端部的監控設備的數量正在不斷增加，這些監控設備包括了CCD攝像機和高溫計。可選的監控功能還有功率測量和遠程故障監控系統，這些功能不久都將變成標準配備。由于采用了智能堆棧管理技術，具有許多二極管的激光器的可靠性得到進一步的提高，即使有單個二極管報廢，也能保證生產的順利進行。 目前可用的系統覆蓋的應用范圍很廣。就算有些產品無法找到合適的激光器，技術人員也能夠基于標準二極管模塊來提供專門的解決方案。這方面的例子是多焦點系統的設計，該系統能夠在同一個加工頭上同時得到多達四個焊接點或者焊接線（如圖4）。而且四個焦點之間的距離和相對位置是可以進行大范圍調整的。 由于HPDL的功率高達500W，因此它的應用領域相當廣泛。它們的焦斑尺寸很小，加工區域可達到幾百個微米。塑料焊接、低溫焊接和熱處理等加工過程在汽車工業、醫療設備和電子產品等行業都有著巨大的應用潛力。此外，對操作過程和加工參數的監控大大提高了HPDL在工業應用中的可靠性。