基于小型激光器的激光切割原理

吴富民 海莲 王宇

摘 要：光是光源工作物质原子中的电子在电场作用下吸收能量后，发生跃迁，从低能级跃迁到高能级，但是这种跃迁是不稳定的，跃迁的原子难以构成稳定的结构，在外界干扰下容易再从高能级回落到低能级并释放出能量，释放的能量以光子的方式放出。

关键词：雕刻机；激光雕刻；激光切割原理

中图分类号： TN20 文献标识码： T

一、激光的产生

（一）激光背景

由于处于激发态的原子难以在较高的能级保持稳定结构。即便外界干扰很小甚至不存在外界干扰时，处于激发态的原子也会产生受激辐射由高能级返回低能级，并辐射出能量。由于激发态的原子的这种自发辐射是完全独立不受外界影响的，所以，原子朝周围散射放出能量，每个原子发射光子完全不同。受到同频率、同相位，同传播方向的光子受激辐射产生的光子。通过这种方式产生的光子都具有相同频率、相同位相、相同偏振态并沿相同方向传播。所有的光子朝同一方向传播，这就是激光高能的原因。

（二）原理结论

由激光器发光原理可知，只要工作物质的长度足够长无论多小的初始自发辐射，都一定可以被放大。但实际一般来说，工作物质由于其特性不可能特别长，在现实中激光器发出激光束的原理是在光源进出口两端各放一块反射镜，使得发出的光束来回反射，多次通过工作物质的光被不断地放大达到使用的要求。在光源系统中为了充分利用光能，放大系统往往置于聚光腔体中，防止光源发出的光散射。

激光作为光光的一种，与自然界可见光一样，都是由激发态的原子在高能级和低能级之间跃迁产生的光子形成的。但是激光和可见光的不同之处在于，可见光光是由光源中原子自始至终自发发射产生的。而激光则仅在开始的时间内依赖于自发辐射，然后完全由受激辐射发射出光子。正是激光器发出的几乎所有的光都是由受激辐射形成的，这使得激光发出的光子具有相同频率、相同波长、和完全相同的传播。

二、激光雕刻（切割）原理

激光雕刻（切割）系统简图

由图可知激光雕刻系统由激光电源、光源冷却、雕刻机数控系统、光学系统构成。

激光雕刻是以数控技术为基础，激光为加工媒介的一种高效率的雕刻方式。激光雕刻就是将激光束照射到工件表面时释放的能量来使工件表面融化并蒸发，以达到对工件加工雕刻的目的。激光雕刻加工材料的瞬时熔化和汽化特性可使激光雕刻达到加工目的。激光雕刻是利用激光技术将文字写在物体上，这种技术刻字没有标记，物体表面仍然光滑，而且笔迹不会磨损。激光加工特点：没有与材料表面接触、表面平整、雕刻材料无需固定、加工精度高、速度快、应用领域广泛。

三、激光雕刻分类

（一）点阵雕刻

点阵雕刻像高精度点阵印刷。激光头摆动，每次雕刻由一系列点组成的线，然后激光头同时移动并同时雕刻多条线。最后，形成整个板的图像或文字。扫描图形、文本和矢量化可以用点阵雕刻。

（二）矢量切割

矢量雕刻是在圖像和文本的外部轮廓上进行的。矢量雕刻图案通常用于木材、丙烯酸、纸张和其他材料的切割，也用于标记各种材料的表面。

（三）位图雕刻

先在图片处理软件上将我们所需要雕刻的图形进行挂网处理并转化为单色BMP格式，而后在专用的激光雕刻切割上位机中打开该图形文件。然后再上位机上根据所加工的材料进行设置合适的参数，而后点击运行，激光雕刻机就会根据图形文件产生的点阵效果进行雕刻。

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