沈陽(yáng)第一機(jī)床廠激光鉆孔能被劃分為三類(lèi)：沖孔、機(jī)械沈陽(yáng)第一機(jī)床廠穿孔和光學(xué)穿孔。沖孔采用脈沖激光束，其光斑直徑等于被加工孔的直徑。機(jī)械穿孔利用了微聚焦的激光束，光斑直徑比被加工孔小得多。微光斑隨后沿著環(huán)形或螺旋軌跡切割出所需的形狀。光斑移動(dòng)的軌跡主要通過(guò)光學(xué)設(shè)備、激光聚焦鏡或工件的旋轉(zhuǎn)得以維持。另一方面，光學(xué)穿孔采用的是靜態(tài)環(huán)形光束，通過(guò)聚焦在工件上產(chǎn)生熱量、熔化及氣化環(huán)形圓周附近的材料以產(chǎn)生穿孔，減少了能量的浪費(fèi)。
以上三種鉆孔技術(shù)中的任何一種都能通過(guò)采用輔助氣體去除熔化材料或加快金屬燃燒速度來(lái)提升鉆孔速度。光學(xué)穿孔中的關(guān)鍵步驟是將激光系統(tǒng)發(fā)出的高斯光束或多模式激光束轉(zhuǎn)換成環(huán)形光束。各種光束整形元件能幫助獲得環(huán)形光束，此類(lèi)元件的設(shè)計(jì)主要依據(jù)幾何沈陽(yáng)第一機(jī)床廠或光線傳播的衍射原理。激光束整形包括了激光光強(qiáng)的重新分布，包括激光束橫截面幾何形狀的修整。光強(qiáng)分布決定了光束具有不同形狀，如高斯、多模式、環(huán)形、矩形、橢圓或圓形。
光束整形元件和衍射
軸棱鏡元件能產(chǎn)生集中的非衍射光束，通常被稱(chēng)為Bessel光束，即使光束在空間行進(jìn)較長(zhǎng)距離，其橫斷面的光強(qiáng)模式依然不會(huì)改變。此類(lèi)光束的中央衍射模式是激光光斑具有非常小(以波長(zhǎng)計(jì))的直徑、無(wú)限的場(chǎng)深，應(yīng)用于光學(xué)成像、激光測(cè)量、不發(fā)散光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和等離子體波導(dǎo)的產(chǎn)生等。
產(chǎn)生環(huán)形光束的軸棱鏡光學(xué)系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)中必須最小化衍射現(xiàn)象的產(chǎn)生，并且考慮到光學(xué)元件的偏差。光學(xué)相差的產(chǎn)生主要源于不精確的制造工藝所沈陽(yáng)第一機(jī)床廠引起的有缺陷環(huán)形光束，聚焦鏡引起的衍射轉(zhuǎn)換了沿著光束擴(kuò)散路徑的強(qiáng)度分布。根據(jù)有缺陷的環(huán)形光束中多個(gè)衍射環(huán)的存在，Arago點(diǎn)存在于焦點(diǎn)周?chē)程囟ㄝS向距離的區(qū)域，而不是象理論所預(yù)測(cè)的那樣：Arago點(diǎn)只存在于焦平面。有缺陷的環(huán)形光束也成為另一種判斷是否存在設(shè)計(jì)問(wèn)題或異常光學(xué)元件的標(biāo)志，具體來(lái)說(shuō)，一個(gè)環(huán)形光束帶有多個(gè)衍射環(huán)，出現(xiàn)在試驗(yàn)中的焦平面之后。另一方面，理論上的完美環(huán)形光束出現(xiàn)，是因?yàn)槿肷溆诰劢圭R上的環(huán)形光束是無(wú)缺陷的。
當(dāng)衍射效應(yīng)被最小化，光學(xué)穿孔能為許多方面帶來(lái)柔性，比如提高孔的質(zhì)量，通過(guò)工件的傳導(dǎo)降低激光能耗，相對(duì)傳統(tǒng)的圓形光束激光來(lái)說(shuō)增加了鉆孔的速度，因?yàn)榧す饽芰靠梢酝ㄟ^(guò)環(huán)形光束以多種方式傳遞給工件。而且，光學(xué)穿孔比機(jī)械穿孔更為簡(jiǎn)單，因其利用了光學(xué)元件生成環(huán)形光束，而沒(méi)有移動(dòng)部件。
在沖孔和機(jī)械穿孔過(guò)程中，光束沈陽(yáng)第一機(jī)床廠的光強(qiáng)分布通常是高斯分布或均勻分布。但對(duì)于光學(xué)穿孔來(lái)說(shuō)，光強(qiáng)分布可以是高斯分布、半高斯分布、均勻分布，或在環(huán)形區(qū)域內(nèi)的任何其他形狀。半高斯光束在環(huán)形半徑方向的最內(nèi)和最外側(cè)有最大的強(qiáng)度，它們又被分別稱(chēng)為內(nèi)半高斯分布和外半高斯分布，能被用來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的鉆孔效果，原因是相對(duì)全高斯分布光束在環(huán)形區(qū)域內(nèi)都有最大強(qiáng)度來(lái)說(shuō)，它們減少了材料中的熱效應(yīng)。
光學(xué)穿孔的應(yīng)用
對(duì)于均勻和三角脈沖來(lái)說(shuō)，外半高斯光束相比內(nèi)半高斯分布光束和全高斯分布光束能夠產(chǎn)生更大的熔深。外半高斯光束在環(huán)形的外圓周處產(chǎn)生最高溫度，使該處熱傳導(dǎo)朝向圓環(huán)的中心，以產(chǎn)生更大熔深。另一方面，內(nèi)半高斯光束在環(huán)形的內(nèi)圓周處得到最高溫度，因此，一部分能量被傳導(dǎo)向背離中心區(qū)域的外圓周方向。
全高斯環(huán)形光束生成更小的熔深，因?yàn)樗诃h(huán)形區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)生了最高溫度，從而熱量同時(shí)向環(huán)形區(qū)域的兩側(cè)傳導(dǎo)(內(nèi)環(huán)和外環(huán))。因此，對(duì)于全高斯光束來(lái)沈陽(yáng)第一機(jī)床廠說(shuō)，熱傳導(dǎo)更多發(fā)生于徑向而朝工件內(nèi)部傳遞。
光學(xué)穿孔同樣使得修改孔的錐度成為可能。例如，通常被用于燃油噴嘴的內(nèi)錐孔或外錐孔，能通過(guò)使用不同的光強(qiáng)分布很容易地加工出來(lái)。軸棱鏡中鏡片的圓錐表面能產(chǎn)生擁有不同光強(qiáng)分布的環(huán)形光束。此類(lèi)分布同樣能被用來(lái)控制重鑄層厚度和熱影響區(qū)的大小。
光學(xué)穿孔提供了一種創(chuàng)新的方法，它能通過(guò)環(huán)形光束的圓周向工件傳輸能量，使得大范圍的鉆孔成為可能，免去了熔化和/或氣化孔內(nèi)所有材料的必要。這一機(jī)制能被用于鉆大直徑孔或切割金屬寬槽，混凝土結(jié)構(gòu)或墻壁。它同樣能被用來(lái)進(jìn)行隧道挖掘，采礦以及石油開(kāi)采的應(yīng)用。
除了鉆孔之外，環(huán)形光束在一些沈陽(yáng)第一機(jī)床廠其它應(yīng)用如激光冷卻、捕獲中子、圓形切線以及生物醫(yī)藥域也引起人們的興趣。大焦深，即在一段很長(zhǎng)的距離之內(nèi)維持一定的激光光強(qiáng)的能力，對(duì)于包括鉆孔在內(nèi)的所有應(yīng)用都很重要。
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