Какво е оптичен лазер?

Какво е aОптичен лазер? Влакнестият лазер е вид твърдотелен лазер, в който активната усилваща среда е оптично влакно, легирано с редкоземни елементи, най-често итербий. За разлика от традиционните газови или CO₂ лазери, влакнестите лазери генерират, усилват и насочват светлината изцяло в рамките на стъклено влакно, което води до компактна, здрава и високоефективна система.

Компоненти и дизайн на ядрото на оптичния лазер

• Сърцевина с легирани влакна
  Сърцето на фибролазера е самото влакно - ултратънка нишка от стъкло, чиято сърцевина е наситена с редкоземни йони. Когато се изпомпват със светлина, тези йони осигуряват енергията, необходима за лазерното действие.

• Помпени диоди
  Полупроводниковите диоди с висока мощност инжектират изпомпвана светлина в обвивката на влакното. Обвивката улавя светлината на помпата около сърцевината, осигурявайки равномерно възбуждане на легираните йони.

• Влакнести брегови решетки (FBGs)
  Вписани директно във влакното, тези отразяващи решетки образуват лазерната кухина. Едната решетка отразява по-голямата част от светлината обратно във влакното, докато другата позволява на контролирана част да излезе като изходен лъч.

• Управление на топлината
  Тъй като малкото напречно сечение на влакното разсейва топлината ефективно по дължината му, влакнестите лазери обикновено изискват само въздушно охлаждане или умерена циркулация на вода, дори при високи нива на мощност.

Принцип на работа

1. Оптично изпомпване
   Диодите на помпата инжектират светлина, обикновено при дължини на вълните между 915 nm и 976 nm, в обвивката на влакното.

2. Енергийна абсорбция
   Редкоземните йони в сърцевината абсорбират фотони на помпата, премествайки електроните във възбудени състояния.

3. Стимулирана емисия
   Докато електроните се отпускат, те излъчват кохерентни фотони с характерна дължина на вълната на лазера (обикновено 1064 nm).

4. Усилване и обратна връзка
   Фотоните се движат по протежение на влакното, като предизвикват допълнителни емисии и усилват лъча. FBG във всеки край на влакното образуват резонансна кухина, поддържаща лазерни трептения.

5. Изходно свързване
   Частично отразяваща решетка позволява на част от усилената светлина да излезе като висококачествен изходен лъч, използван за обработка.

Видове оптични лазери

• Оптични лазери с непрекъсната вълна (CW).
  Излъчвайте постоянен, непрекъснат лъч. Идеален за приложения за рязане, заваряване и маркиране, където се изисква постоянно захранване.

• Импулсни влакнести лазери
  Осигурете светлина в контролирани изблици. Подкатегориите включват:

• Q-Switched: Високи пикови импулси (обхват на наносекунди) за дълбоко гравиране и микропробиване.

• Режимът е заключен: Ултракъси импулси (пикосекунда или фемтосекунда) за прецизна микрообработка и деликатна обработка на материали.

• Главен осцилаторен усилвател на мощност (MOPA)
  Комбинира начален лазер с ниска мощност (осцилатор) с едно или повече усилвателни стъпала. Предлага прецизен контрол върху продължителността на импулса и честотата на повторение.

Ключови предимства

• Изключително качество на лъча
  Постига почти ограничен до дифракция резултат, позволяващ ултра фини фокусни петна и остри като бръснач срезове.

• Висока ефективност
  Ефективността на щепсела често надхвърля 30%, което означава по-ниска консумация на електроенергия и оперативни разходи.

• Компактен отпечатък
  Изцяло влакнеста конструкция елиминира обемистите огледала и газови тръби, спестявайки ценно подово пространство.

• Ниска поддръжка
  Запечатаните влакнести модули изискват минимално пренастройване; няма попълване на газ или големи охладителни кули.

• Устойчивост на околната среда
  Влакнестите лазери понасят вибрации, прах и температурни колебания по-добре от системите със свободно пространство.

Типични приложения

• Рязане и заваряване на метали
  От тънка неръждаема стомана до дебел алуминий, лазерите с влакна осигуряват по-високи скорости на рязане, тесни прорези и минимални зони, засегнати от топлина.

• Прецизно маркиране и гравиране
  Идеален за серийни номера, баркодове и лога върху метали, пластмаси, керамика и стъкло с ясен контраст и висока издръжливост.

• Микрообработка
  Създава малки функции в електрониката, медицинските устройства и прецизните компоненти с точност на микронно ниво.

• Адитивно производство
  Захранва базирани на лазер 3D методи за печат – като селективно лазерно топене – чрез топене на метални прахове с равномерно разпределение на енергията.

• Научни изследвания
  Предлага регулируеми импулсни параметри за спектроскопия, нелинейна оптика и други лабораторни експерименти.

Избор на правилния лазер с влакна

• Изходна мощност
  Определете въз основа на дебелината на материала и скоростта на обработка. Лекото маркиране може да изисква 20–50 W; тежкото рязане може да изисква 1–10 kW или повече.

• Характеристики на пулса
  Изберете CW за непрекъснати операции; Q-switched или MOPA за прецизни задачи, изискващи висока пикова мощност или ултракъси импулси.

• Доставка на лъч
  Глави с фиксиран фокус за общо рязане; галво скенери за високоскоростно маркиране; оптика с голям обхват за дистанционно заваряване.

• Метод на охлаждане
  Уредите с въздушно охлаждане са достатъчни до няколкостотин вата; по-високите мощности се възползват от водното охлаждане, за да поддържат стабилна мощност.

• Интеграция и контрол
  Потърсете съвместимост с вашата настройка за автоматизация, включително цифрови интерфейси, софтуерни библиотеки и блокировки за безопасност.

Най-добри практики за поддръжка

• Грижа за края на лицето с фибри
  Проверявайте и почиствайте редовно защитните прозорци или лещи, за да предотвратите изкривяване на лъча.

• Проверки на охладителната система
  Проверете адекватен въздушен или воден поток; наблюдавайте температурните сензори и сменете филтрите, ако е необходимо.

• Софтуерни актуализации
  Прилагайте корекции на фърмуера, за да оптимизирате производителността и да поддържате стандартите за безопасност.

• Периодично калибриране
  Ангажирайте сертифицирани техници всяка година (или според интензивността на употреба), за да проверите изходната мощност, подравняването на лъча и надеждността на системата.

Влакнестите лазери съчетават усъвършенствана фотоника с практично инженерство, което ги прави крайъгълен камък на модерното производство, изследванията и прецизната обработка. Разбирането на техния основен дизайн, принципи на работа и обхват на приложение ви дава възможност да впрегнете пълния им потенциал в безброй индустрии.

Влакнестият лазер е вид твърдотелен лазер, в който активната усилваща среда е оптично влакно, легирано с редкоземни елементи, най-често итербий. За разлика от традиционния газ или CO₂лазери, влакнестите лазери генерират, усилват и насочват светлината изцяло в рамките на стъклено влакно, което води до компактна, здрава и високоефективна система.

1. Основни компоненти и дизайн

• Сърцевина с легирани влакна
  Сърцето на фибролазера е самото влакно - ултратънка нишка от стъкло, чиято сърцевина е наситена с редкоземни йони. Когато се изпомпват със светлина, тези йони осигуряват енергията, необходима за лазерното действие.

• Помпени диоди
  Полупроводниковите диоди с висока мощност инжектират изпомпвана светлина в обвивката на влакното. Обвивката улавя светлината на помпата около сърцевината, осигурявайки равномерно възбуждане на легираните йони.

• Влакнести брегови решетки (FBGs)
  Вписани директно във влакното, тези отразяващи решетки образуват лазерната кухина. Едната решетка отразява по-голямата част от светлината обратно във влакното, докато другата позволява на контролирана част да излезе като изходен лъч.

• Управление на топлината
  Тъй като малкото напречно сечение на влакното разсейва топлината ефективно по дължината му, влакнестите лазери обикновено изискват само въздушно охлаждане или умерена циркулация на вода, дори при високи нива на мощност.

2. Принцип на работа

1. Оптично изпомпване
   Диодите на помпата инжектират светлина, обикновено при дължини на вълните между 915 nm и 976 nm, в обвивката на влакното.

2. Енергийна абсорбция
   Редкоземните йони в сърцевината абсорбират фотони на помпата, премествайки електроните във възбудени състояния.

3. Стимулирана емисия
   Докато електроните се отпускат, те излъчват кохерентни фотони с характерна дължина на вълната на лазера (обикновено 1064 nm).

4. Усилване и обратна връзка
   Фотоните се движат по протежение на влакното, като предизвикват допълнителни емисии и усилват лъча. FBG във всеки край на влакното образуват резонансна кухина, поддържаща лазерни трептения.

5. Изходно свързване
   Частично отразяваща решетка позволява на част от усилената светлина да излезе като висококачествен изходен лъч, използван за обработка.

3. Видове оптични лазери

• Оптични лазери с непрекъсната вълна (CW).
  Излъчвайте постоянен, непрекъснат лъч. Идеален за приложения за рязане, заваряване и маркиране, където се изисква постоянно захранване.

• Импулсни влакнести лазери
  Осигурете светлина в контролирани изблици. Подкатегориите включват:

• Q-Switched: Високи пикови импулси (обхват на наносекунди) за дълбоко гравиране и микропробиване.

• Режимът е заключен: Ултракъси импулси (пикосекунда или фемтосекунда) за прецизна микрообработка и деликатна обработка на материали.

• Главен осцилаторен усилвател на мощност (MOPA)
  Комбинира начален лазер с ниска мощност (осцилатор) с едно или повече усилвателни стъпала. Предлага прецизен контрол върху продължителността на импулса и честотата на повторение.

4. Основни предимства

• Изключително качество на лъча
  Постига почти ограничен до дифракция резултат, позволяващ ултра фини фокусни петна и остри като бръснач срезове.

• Висока ефективност
  Ефективността на щепсела често надхвърля 30%, което означава по-ниска консумация на електроенергия и оперативни разходи.

• Компактен отпечатък
  Изцяло влакнеста конструкция елиминира обемистите огледала и газови тръби, спестявайки ценно подово пространство.

• Ниска поддръжка
  Запечатаните влакнести модули изискват минимално пренастройване; няма попълване на газ или големи охладителни кули.

• Устойчивост на околната среда
  Влакнестите лазери понасят вибрации, прах и температурни колебания по-добре от системите със свободно пространство.

5. Типични приложения

• Рязане и заваряване на метали
  От тънка неръждаема стомана до дебел алуминий, лазерите с влакна осигуряват по-високи скорости на рязане, тесни прорези и минимални зони, засегнати от топлина.

• Прецизно маркиране и гравиране
  Идеален за серийни номера, баркодове и лога върху метали, пластмаси, керамика и стъкло с ясен контраст и висока издръжливост.

• Микрообработка
  Създава малки функции в електрониката, медицинските устройства и прецизните компоненти с точност на микронно ниво.

• Адитивно производство
  Захранва базирани на лазер 3D методи за печат – като селективно лазерно топене – чрез топене на метални прахове с равномерно разпределение на енергията.

• Научни изследвания
  Предлага регулируеми импулсни параметри за спектроскопия, нелинейна оптика и други лабораторни експерименти.

6. Избор на подходящия оптичен лазер

• Изходна мощност
  Определете въз основа на дебелината на материала и скоростта на обработка. Лекото маркиране може да изисква 20–50 W; тежкото рязане може да изисква 1–10 kW или повече.

• Характеристики на пулса
  Изберете CW за непрекъснати операции; Q-switched или MOPA за прецизни задачи, изискващи висока пикова мощност или ултракъси импулси.

• Доставка на лъч
  Глави с фиксиран фокус за общо рязане; галво скенери за високоскоростно маркиране; оптика с голям обхват за дистанционно заваряване.

• Метод на охлаждане
  Уредите с въздушно охлаждане са достатъчни до няколкостотин вата; по-високите мощности се възползват от водното охлаждане, за да поддържат стабилна мощност.

• Интеграция и контрол
  Потърсете съвместимост с вашата настройка за автоматизация, включително цифрови интерфейси, софтуерни библиотеки и блокировки за безопасност.

7. Най-добри практики за поддръжка

• Грижа за края на лицето с фибри
  Проверявайте и почиствайте редовно защитните прозорци или лещи, за да предотвратите изкривяване на лъча.

• Проверки на охладителната система
  Проверете адекватен въздушен или воден поток; наблюдавайте температурните сензори и сменете филтрите, ако е необходимо.

• Софтуерни актуализации
  Прилагайте корекции на фърмуера, за да оптимизирате производителността и да поддържате стандартите за безопасност.

• Периодично калибриране
  Ангажирайте сертифицирани техници всяка година (или според интензивността на употреба), за да проверите изходната мощност, подравняването на лъча и надеждността на системата.

Влакнестите лазери съчетават усъвършенствана фотоника с практично инженерство, което ги прави крайъгълен камък на модерното производство, изследванията и прецизната обработка. Разбирането на техния основен дизайн, принципи на работа и обхват на приложение ви дава възможност да впрегнете пълния им потенциал в безброй индустрии.