28
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
В эксперименте также были измерены стандартные значения
параметров качества излучения и каустики пучка:
М
2
= 14,79,
r
0
= 0,129 мм,
l
0
≈
6,6
мм для
Р
= 1 кВт;
М
2
= 15,31,
r
0
= 1,128 мм,
l
0
= 6,38 мм для
Р
= 2 кВт. При этом глубина фокусировки
l
0
опреде-
лялась из условия увеличения площади сечения каустики в 2 раза.
Нетрудно заметить, что в целом измеренные параметры
ВРР
,
М
2
,
d
0
и
l
0
согласуются с теоретическими оценками, полученными по
формулам (1)—(5), если диаметры сердцевин и транспортного волно-
вода равны 10 и 100 мкм соответственно, а
D
= 2 см. Наблюдается
значительная неоднородность распределения интенсивности по сече-
нию пучка, особенно перед фокальной плоскостью. При этом имеет
место зависимость пространственной структуры сфокусированного
пучка от мощности излучения.
Такая специфическая пространственная структура сфокусиро-
ванного пучка мощного волоконного лазера может быть связана с
многопучковостью его излучения и является отличительной особен-
ностью многоканальных лазеров, в том числе многоканальных вол-
новодных СО
2
-
лазеров.
Вопросы согласования технологических параметров и пара-
метров лазерного пучка мощных волоконных лазеров.
Процессы
взаимодействия сконцентрированного лазерного излучения с матери-
алами представляют собой сложные термогидрогазодинамические
явления, которые пока не изучены до конца [19—21]. Однако накоп-
ленный многолетний опыт позволяет эмпирическим способом опти-
мизировать и согласовать параметры лазерного пучка с конкретной
технологической операцией и режимом ее реализации. Кроме таких
параметров, как мощность пучка, его ширина в фокальной плоскости,
глубина фокусировки и поляризация большое влияние на эффектив-
ность технологического процесса оказывает пространственная струк-
тура сфокусированного пучка, т. е. распределения интенсивности в
плоскостях его сечения в пределах глубины фокусировки. Например,
высокие результаты по скорости, глубине и качеству достигаются
при газолазерной резке и лазерной сварке с глубоким проплавлением,
когда лазерный пучок близок к гауссову пучку (
М
2
≈
1).
Излучение мощных волоконных лазеров относительно невысоко-
го качества по параметру
М
2
по своей пространственной структуре
имеет мало общего с гауссовым пучком. Его излучение формируется
в транспортном многомодовом волноводе, на выходе которого вход-
ное одномодовое излучение каждого канала представляет собой про-
странственную структуру в виде многомодового излучения, соответ-
ствующего модам этого волновода. Суммарное излучение является
суперпозицией таких структур, число которых равно числу излуча-
ющих каналов (сердцевин). Этим объясняется специфическая струк-
тура, сфокусированного пучка в пределах глубины фокусировки.
Особенно неблагоприятно для лазерной резки и сварки распределе-