激光一般都是高斯光束，即光束強(qiáng)度在空間上呈現(xiàn)高斯分布，這樣的光束具有中間強(qiáng)度十分高，往外沿著高斯輪廓逐漸下降。
而在實(shí)際的應(yīng)用中，往往不僅需要高斯光束，針對(duì)特定的應(yīng)用需求，還會(huì)對(duì)激光光束具有特定的要求。比如：在能量分布上，具備環(huán)形分布;在光束形狀上，具有方形，圓形等形狀。
高斯光束的能量分布較為不均勻，中間能量過(guò)高，會(huì)引起局部溫度過(guò)高從而影響激光與物質(zhì)間的相互作用;兩翼能量過(guò)低，降低了利用率。因此，在某些場(chǎng)合，需要將高斯光束整形成能量均勻分布的平頂光束，以改善激光加工效果。
下圖所示分別為高斯激光輪廓和平頂激光輪廓的特點(diǎn)：
光束可用中心區(qū)域兩側(cè)的低強(qiáng)度部分稱(chēng)為“兩翼”，其強(qiáng)度低于激光加工應(yīng)用所需的灼燒閾值，這些兩翼的能量通常會(huì)被浪費(fèi)掉，導(dǎo)致能量利用率大大降低;同時(shí)，兩翼的能量也會(huì)損傷目標(biāo)區(qū)域以外的周?chē)鷧^(qū)域，從而擴(kuò)展熱影響區(qū)。另一方面，高于灼燒閾值的高強(qiáng)度部分稱(chēng)為“過(guò)剩能量”，這些過(guò)剩能量有可能損壞基材;更有甚者，中心部分能量過(guò)于集中，很容易將光學(xué)器件損壞。
與高斯激光束相比，平頂激光束能更有效地利用能量。在高斯光束輪廓中，中間高于應(yīng)用要求的強(qiáng)度閾值的過(guò)剩能量和兩翼中低于閾值要求的能量，都被浪費(fèi)掉了。平頂光束輪廓中沒(méi)有兩翼，但具有較陡的邊緣過(guò)渡，因此能量利用效率更高，并且對(duì)周?chē)鷧^(qū)域的損傷也會(huì)減少。
從上圖可以看出，與高斯光束相比，平頂光束的能量能夠更清晰地包含在給定區(qū)域中。使用平頂光束焊接或切割，都將更加準(zhǔn)確，并且對(duì)周?chē)鷧^(qū)域的損傷也會(huì)減少。
利用平頂光束進(jìn)行切割時(shí)，可以產(chǎn)生更干凈的切口和更銳利的邊緣。
利用平頂光束進(jìn)行焊接時(shí)，焊接的縫隙將會(huì)比高斯光束情形下更加勻滑。
平頂光束有哪些缺點(diǎn)?
與高斯光束不同的是，在自由空間中傳播時(shí)，強(qiáng)度形狀會(huì)發(fā)生變化，所以不利于長(zhǎng)距離傳播。而高斯光束在傳播過(guò)程中，即使光束大小改變，光束輪廓仍然是高斯。
通常激光器發(fā)出的都是高斯光束，然后需要采用一些合適的光學(xué)元件改變其強(qiáng)度形狀才能得到平頂光束。
激光獨(dú)有的HBF技術(shù)(High Brightness Flat-top)，通過(guò)光纖輸出高亮度平頂光，光斑邊緣銳利，高能量閾值，可以提高激光能量利用率的同時(shí)降低熱影響區(qū)和損傷，有效提高激光加工速度和精度。
以5M-12000W激光器為例，相比同功率段的其他激光器，可以大幅度提高能量利用率，最直觀(guān)的體現(xiàn)就是切割速度大大加快。
在切割厚板時(shí)(下圖所示為氧氣切割16mm碳鋼)，使用HBF技術(shù)的平頂光斑切割相比高斯光斑來(lái)說(shuō)，切割面更加光滑，切口邊緣更加銳利。
高斯和平頂是激光束的一個(gè)重要特性，了解它們的區(qū)別之后，今后的激光加工中，就可以根據(jù)這些區(qū)別合理地選擇。
來(lái)源：光惠激光