水導(dǎo)激光加工技術(shù)憑借其獨(dú)特的非接觸式加工特性，在精密制造領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。本文從能量傳輸特性、全反射波導(dǎo)機(jī)制及耦合優(yōu)化三方面，深入解析激光與水射流的耦合原理。

水對(duì)激光的吸收系數(shù)隨波長(zhǎng)顯著變化（圖1 上）。紫外波段（如 355nm）吸收系數(shù)極高，能量易被水快速吸收，導(dǎo)致傳輸損耗；紅外波段（如 1064nm）吸收系數(shù)較低，能量可在水束中長(zhǎng)距離傳輸。例如，1064nm 激光在水中的吸收損耗小，更適合作為水導(dǎo)激光的工作波長(zhǎng)，以減少能量衰減，提升傳輸效率。

激光能量傳輸效率與水束長(zhǎng)度、功率密度密切相關(guān)（圖1 下）。低功率密度（如 36MW/cm²）時(shí)，傳輸效率隨水束長(zhǎng)度增加保持穩(wěn)定（>85%），表明能量損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸；高功率密度（410MW/cm²）時(shí)，傳輸效率隨水束長(zhǎng)度增加顯著下降（從 70% 降至 60%），這與非線性吸收引起的能量損耗增強(qiáng)有關(guān)。因此，需根據(jù)加工需求優(yōu)化功率密度與水束長(zhǎng)度，平衡能量傳輸與加工效率。

水射流與空氣界面滿(mǎn)足全反射條件（圖2），激光進(jìn)入水射流后，在水 - 空氣界面發(fā)生全反射，如同光纖中的光傳輸，將激光約束在水束內(nèi)，形成 “液體波導(dǎo)”。圖2 中，子午光線（a）和斜光線（b）均通過(guò)全反射在水束中傳輸，避免發(fā)散，確保激光能量集中作用于加工區(qū)域。

水射流與激光的耦合區(qū)域（圖2c）需優(yōu)化光學(xué)窗口（OW）與耦合結(jié)構(gòu)（CR），確保激光以合適角度入射水束，滿(mǎn)足全反射條件。通過(guò)控制入射角度和水束直徑，可減少能量泄漏，增強(qiáng)波導(dǎo)約束效果。例如，均勻的水束折射率分布和光滑界面是實(shí)現(xiàn)高效全反射的關(guān)鍵，直接影響激光傳輸?shù)姆€(wěn)定性與加工精度。

優(yōu)先選擇低吸收波長(zhǎng)（如 1064nm），降低線性吸收損耗；根據(jù)加工場(chǎng)景調(diào)整功率密度，低功率密度適用于長(zhǎng)水束傳輸（如微細(xì)加工中的深孔鉆削），高功率密度需配合短水束以減少非線性損耗（如高速材料去除）。

優(yōu)化水束直徑、流速及穩(wěn)定性，確保界面光滑、折射率均勻，增強(qiáng)全反射波導(dǎo)效果。例如，采用層流狀態(tài)的水射流，減少湍流引起的折射率波動(dòng)，提升激光傳輸?shù)囊恢滦浴?/div>

3、耦合系統(tǒng)集成