半导体激光器在激光熔覆及淬火应用中的优势

l  激光光斑能量分布类型

从激光器景光纤传输输出的未经整形匀化激光，其焦点光斑能量分布大致可分为三类：高斯型分布、平顶分布、类平顶型分布（介于高斯分布于平顶分布之间）。

在以光纤传输的激光激光器类型中，光纤耦合输出的半导体激光器输出的激光光斑能量分布为平顶型（以德国laserline半导体激光器为主要代表），比较适合于激光表面处理应用（激光熔覆、淬火、加热等）；单模、多模纯光纤激光器输出的激光能量分布高斯分布（如IPG、锐科等厂家的光纤激光器），比较适合于激光切割、焊接应用；而国内目前大部分的半导体激光器采用的技术方案为光纤合束的技术方案，其输出的激光能量分布为类平顶光分布。

在高斯光束轮廓中，高于应用要求的强度阈值的过剩能量，和其外部或两翼中低于阈值要求的能量，都被浪费掉了，同时因为高斯光中心能量远高于材料阈值，可能导致中心出现过熔、过度烧结、过度稀释等现象。

高斯光束的两翼也可能损伤目标区域以外的周围区域，从而扩展热影响区。

l  平顶分布在激光表面处理方面的优势：

与高斯光束相比，平顶光束轮廓中没有两翼，但具有较陡的边缘过渡，因此能量传输效率更高，并且热影响区更小。与高斯光束相比，平顶光束的能量能够更清晰地包含在给定区域中，获得更为均匀的能量分布，降低热影响区及对母材的冲击。例如：在激光熔覆、淬火、加热等方面，特别是高敏感材料的激光熔覆，其优势更为明显。

l  激光器选型

结合激光淬火的原理及特点，根据模具淬火对表面损伤度及淬硬深度的要求，激光器光源应选择光斑为平顶型能量分布的激光器，即光纤耦合半导体激光器，可以获得更高功率更深淬火硬化层深度度及更小的表面损伤。

n  光纤耦合输出半导体激光器具有以下优点：

1)   采用简单的模块化设计 (低成本)

2)   高光电转化率(高至45%) —低运行成本

3)   高运行可靠度。

4)   激光能量分布为平顶型。在激光淬火时，光斑能量分布均匀，同时其对母材的表面损伤小。

5)   能量平顶分布，使加工过程中材料受热更均匀

①  淬火----表面均匀受热，可满足更深淬硬层需求。

②  熔覆----表面效果更好，不存在过热区域 长时间的熔覆过程更加稳定

③   熔焊----焊缝饱满，强度高

④   钎焊----焊丝熔化均匀，连接部位预热好

6)   能量高斯分布，由于中心能量密度高，四周能力密度低，在进行＞0.3mm以上淬硬层深度的淬火工艺时，可能导致表面微熔。