لیزر فیبر چیست؟

a چیستلیزر فیبر? لیزر فیبر نوعی لیزر حالت جامد است که در آن محیط بهره فعال یک فیبر نوری دوپ شده با عناصر کمیاب خاکی، معمولاً ایتربیوم است. بر خلاف لیزرهای گازی یا CO2 سنتی، لیزرهای فیبری نور را به طور کامل در یک فیبر شیشه ای تولید، تقویت و هدایت می کنند و در نتیجه یک سیستم فشرده، قوی و بسیار کارآمد ایجاد می کنند.

اجزای هسته لیزر فیبر و طراحی

• هسته فیبر دوپ شده
  قلب لیزر فیبر خود فیبر است - رشته ای بسیار نازک از شیشه که هسته آن با یون های خاکی کمیاب تزریق می شود. هنگامی که این یون ها با نور پمپ می شوند، انرژی مورد نیاز برای عمل لیزر را فراهم می کنند.

• دیودهای پمپ
  دیودهای نیمه هادی پرقدرت نور پمپ را به روکش فیبر تزریق می کنند. روکش نور پمپ را در اطراف هسته به دام می اندازد و از تحریک یکنواخت یون های دوپ شده اطمینان حاصل می کند.

• گریتینگ فیبر براگ (FBGs)
  این توری های بازتابنده که مستقیماً در فیبر حک شده اند، حفره لیزر را تشکیل می دهند. یک توری بیشتر نور را به فیبر منعکس می کند، در حالی که دیگری به بخش کنترل شده اجازه می دهد تا به عنوان پرتو خروجی خارج شود.

• مدیریت حرارت
  از آنجایی که سطح مقطع کوچک فیبر گرما را به طور موثر در طول خود دفع می کند، لیزرهای فیبر معمولاً فقط به خنک کننده هوا یا گردش آب متوسط ​​نیاز دارند، حتی در سطوح توان بالا.

اصل عملیات

1. پمپ نوری
   دیودهای پمپ نور را معمولاً در طول موجهای بین 915 نانومتر تا 976 نانومتر به پوشش فیبر تزریق می کنند.

2. جذب انرژی
   یون‌های کمیاب در هسته، فوتون‌های پمپ را جذب می‌کنند و الکترون‌ها را به حالت‌های برانگیخته منتقل می‌کنند.

3. انتشار تحریک شده
   همانطور که الکترون ها شل می شوند، فوتون های همدوس را در طول موج مشخصه لیزر (معمولاً 1064 نانومتر) ساطع می کنند.

4. تقویت و بازخورد
   فوتون ها در امتداد فیبر حرکت می کنند و باعث انتشار بیشتر و تقویت پرتو می شوند. FBG ها در هر انتهای فیبر یک حفره تشدید تشکیل می دهند که نوسان لیزر را حفظ می کند.

5. کوپلینگ خروجی
   یک توری تا حدی منعکس کننده اجازه می دهد تا کسری از نور تقویت شده به عنوان پرتو خروجی با کیفیت بالا که برای پردازش استفاده می شود، خارج شود.

انواع لیزرهای فیبر

• لیزرهای فیبر موج پیوسته (CW).
  یک پرتو ثابت و بدون وقفه ساطع کنید. ایده آل برای کاربردهای برش، جوشکاری و علامت گذاری که در آن به توان ثابت نیاز است.

• لیزر فیبر پالسی
  نور را در انفجارهای کنترل شده ارائه دهید. زیر مجموعه ها عبارتند از:

• Q-Switched: پالس های پیک بالا (محدوده نانوثانیه) برای حکاکی عمیق و ریز حفاری.

• حالت قفل شده: پالس های فوق کوتاه (پیکوثانیه یا فمتوثانیه) برای ریز ماشینکاری دقیق و پردازش مواد ظریف.

• تقویت کننده قدرت نوسانگر اصلی (MOPA)
  یک لیزر کم مصرف (اسیلاتور) را با یک یا چند مرحله تقویت کننده ترکیب می کند. کنترل دقیقی بر مدت زمان نبض و سرعت تکرار ارائه می دهد.

مزایای کلیدی

• کیفیت پرتو استثنایی
  خروجی تقریباً پراش محدود را به دست می‌آورد که امکان فوکوس بسیار ظریف و برش‌های تیز را فراهم می‌کند.

• راندمان بالا
  راندمان دوشاخه دیواری اغلب بیش از 30 درصد است که به کاهش مصرف برق و هزینه های عملیاتی منجر می شود.

• رد پای فشرده
  ساخت تمام الیاف، آینه های حجیم و لوله های گاز را حذف می کند و باعث صرفه جویی در فضای با ارزش کف می شود.

• تعمیر و نگهداری کم
  ماژول های فیبر مهر و موم شده به حداقل تراز مجدد نیاز دارند. هیچ منبع گاز یا برج خنک کننده بزرگی وجود ندارد.

• استحکام محیطی
  لیزرهای فیبر لرزش، گرد و غبار و نوسانات دما را بهتر از سیستم های فضای آزاد تحمل می کنند.

برنامه های کاربردی معمولی

• برش و جوشکاری فلزات
  لیزرهای فیبر از فولاد ضد زنگ با گیج نازک گرفته تا آلومینیوم ضخیم، سرعت برش سریع‌تر، قسمت‌های باریک و حداقل مناطق تحت تأثیر حرارت را ارائه می‌دهند.

• علامت گذاری و حکاکی دقیق
  ایده آل برای شماره سریال، بارکد و آرم روی فلزات، پلاستیک، سرامیک و شیشه با کنتراست واضح و دوام بالا.

• میکرو ماشینکاری
  ویژگی های کوچکی را در الکترونیک، دستگاه های پزشکی و قطعات دقیق با دقت در سطح میکرون ایجاد می کند.

• تولید افزودنی
  با ذوب پودرهای فلزی با توزیع یکنواخت انرژی، روش‌های چاپ سه بعدی مبتنی بر لیزر - مانند ذوب لیزری انتخابی - را تقویت می‌کند.

• تحقیقات علمی
  پارامترهای پالس قابل تنظیم را برای طیف‌سنجی، اپتیک غیرخطی و سایر آزمایش‌های آزمایشگاهی ارائه می‌دهد.

انتخاب لیزر فیبر مناسب

• توان خروجی
  بر اساس ضخامت مواد و سرعت پردازش تعیین کنید. علامت گذاری سبک ممکن است به 20 تا 50 وات نیاز داشته باشد. برش سنگین می تواند 1-10 کیلو وات یا بیشتر نیاز داشته باشد.

• ویژگی های پالس
  CW را برای عملیات مداوم انتخاب کنید. سوئیچ Q یا MOPA برای کارهای دقیقی که به توان پیک بالا یا پالس های فوق کوتاه نیاز دارند.

• تحویل پرتو
  سرهای با فوکوس ثابت برای برش عمومی؛ اسکنر galvo برای علامت گذاری با سرعت بالا. اپتیک دوربرد برای جوشکاری از راه دور.

• روش خنک کننده
  واحدهای هوا خنک تا چند صد وات کافی هستند. توان های بالاتر از خنک کننده آب برای حفظ خروجی پایدار بهره می برند.

• یکپارچه سازی و کنترل
  به دنبال سازگاری با تنظیمات اتوماسیون خود، از جمله رابط های دیجیتال، کتابخانه های نرم افزار، و قفل های ایمنی باشید.

بهترین شیوه های تعمیر و نگهداری

• مراقبت از انتهای صورت با فیبر
  برای جلوگیری از اعوجاج پرتو، پنجره ها یا عدسی های محافظ را به طور معمول بازرسی و تمیز کنید.

• بررسی سیستم خنک کننده
  بررسی جریان هوا یا جریان آب کافی؛ سنسورهای دما را کنترل کرده و در صورت نیاز فیلترها را تعویض کنید.

• به روز رسانی نرم افزار
  برای بهینه سازی عملکرد و حفظ استانداردهای ایمنی، وصله های سیستم عامل را اعمال کنید.

• کالیبراسیون دوره ای
  برای تأیید توان خروجی، تراز پرتو، و قابلیت اطمینان سیستم، سالیانه (یا بر اساس شدت استفاده) با تکنسین‌های دارای گواهی استخدام کنید.

لیزرهای فیبر فوتونیک پیشرفته را با مهندسی عملی ترکیب می کنند و آنها را به سنگ بنای ساخت، تحقیق و پردازش دقیق مدرن تبدیل می کنند. درک طراحی اصلی، اصول عملیاتی و دامنه کاربرد آنها به شما این امکان را می دهد که از پتانسیل کامل آنها در صنایع بی شماری استفاده کنید.

لیزر فیبر نوعی لیزر حالت جامد است که در آن محیط بهره فعال یک فیبر نوری دوپ شده با عناصر کمیاب خاکی، معمولاً ایتربیوم است. برخلاف گاز سنتی یا CO₂لیزرها، لیزرهای فیبر نور را به طور کامل در یک فیبر شیشه ای تولید، تقویت و هدایت می کنند و در نتیجه یک سیستم فشرده، قوی و بسیار کارآمد ایجاد می کنند.

1. اجزای اصلی و طراحی

• هسته فیبر دوپ شده
  قلب لیزر فیبر خود فیبر است - رشته ای بسیار نازک از شیشه که هسته آن با یون های خاکی کمیاب تزریق می شود. هنگامی که این یون ها با نور پمپ می شوند، انرژی مورد نیاز برای عمل لیزر را فراهم می کنند.

• دیودهای پمپ
  دیودهای نیمه هادی پرقدرت نور پمپ را به روکش فیبر تزریق می کنند. روکش نور پمپ را در اطراف هسته به دام می اندازد و از تحریک یکنواخت یون های دوپ شده اطمینان حاصل می کند.

• گریتینگ فیبر براگ (FBGs)
  این توری های بازتابنده که مستقیماً در فیبر حک شده اند، حفره لیزر را تشکیل می دهند. یک توری بیشتر نور را به فیبر منعکس می کند، در حالی که دیگری به بخش کنترل شده اجازه می دهد تا به عنوان پرتو خروجی خارج شود.

• مدیریت حرارت
  از آنجایی که سطح مقطع کوچک فیبر گرما را به طور موثر در طول خود دفع می کند، لیزرهای فیبر معمولاً فقط به خنک کننده هوا یا گردش آب متوسط ​​نیاز دارند، حتی در سطوح توان بالا.

2. اصل عملیات

1. پمپ نوری
   دیودهای پمپ نور را معمولاً در طول موجهای بین 915 نانومتر تا 976 نانومتر به پوشش فیبر تزریق می کنند.

2. جذب انرژی
   یون‌های کمیاب در هسته، فوتون‌های پمپ را جذب می‌کنند و الکترون‌ها را به حالت‌های برانگیخته منتقل می‌کنند.

3. انتشار تحریک شده
   همانطور که الکترون ها شل می شوند، فوتون های همدوس را در طول موج مشخصه لیزر (معمولاً 1064 نانومتر) ساطع می کنند.

4. تقویت و بازخورد
   فوتون ها در امتداد فیبر حرکت می کنند و باعث انتشار بیشتر و تقویت پرتو می شوند. FBG ها در هر انتهای فیبر یک حفره تشدید تشکیل می دهند که نوسان لیزر را حفظ می کند.

5. کوپلینگ خروجی
   یک توری تا حدی منعکس کننده اجازه می دهد تا کسری از نور تقویت شده به عنوان پرتو خروجی با کیفیت بالا که برای پردازش استفاده می شود، خارج شود.

3. انواع لیزرهای فیبر

• لیزرهای فیبر موج پیوسته (CW).
  یک پرتو ثابت و بدون وقفه ساطع کنید. ایده آل برای کاربردهای برش، جوشکاری و علامت گذاری که در آن به توان ثابت نیاز است.

• لیزر فیبر پالسی
  نور را در انفجارهای کنترل شده ارائه دهید. زیر مجموعه ها عبارتند از:

• Q-Switched: پالس های پیک بالا (محدوده نانوثانیه) برای حکاکی عمیق و ریز حفاری.

• حالت قفل شده: پالس های فوق کوتاه (پیکوثانیه یا فمتوثانیه) برای ریز ماشینکاری دقیق و پردازش مواد ظریف.

• تقویت کننده قدرت نوسانگر اصلی (MOPA)
  یک لیزر کم مصرف (اسیلاتور) را با یک یا چند مرحله تقویت کننده ترکیب می کند. کنترل دقیقی بر مدت زمان نبض و سرعت تکرار ارائه می دهد.

4. مزایای کلیدی

• کیفیت پرتو استثنایی
  خروجی تقریباً پراش محدود را به دست می‌آورد که امکان فوکوس بسیار ظریف و برش‌های تیز را فراهم می‌کند.

• راندمان بالا
  راندمان دوشاخه دیواری اغلب بیش از 30 درصد است که به کاهش مصرف برق و هزینه های عملیاتی منجر می شود.

• رد پای فشرده
  ساخت تمام الیاف، آینه های حجیم و لوله های گاز را حذف می کند و باعث صرفه جویی در فضای با ارزش کف می شود.

• تعمیر و نگهداری کم
  ماژول های فیبر مهر و موم شده به حداقل تراز مجدد نیاز دارند. هیچ منبع گاز یا برج خنک کننده بزرگی وجود ندارد.

• استحکام محیطی
  لیزرهای فیبر لرزش، گرد و غبار و نوسانات دما را بهتر از سیستم های فضای آزاد تحمل می کنند.

5. برنامه های کاربردی معمولی

• برش و جوشکاری فلزات
  لیزرهای فیبر از فولاد ضد زنگ با گیج نازک گرفته تا آلومینیوم ضخیم، سرعت برش سریع‌تر، قسمت‌های باریک و حداقل مناطق تحت تأثیر حرارت را ارائه می‌دهند.

• علامت گذاری و حکاکی دقیق
  ایده آل برای شماره سریال، بارکد و آرم روی فلزات، پلاستیک، سرامیک و شیشه با کنتراست واضح و دوام بالا.

• میکرو ماشینکاری
  ویژگی های کوچکی را در الکترونیک، دستگاه های پزشکی و قطعات دقیق با دقت در سطح میکرون ایجاد می کند.

• تولید افزودنی
  با ذوب پودرهای فلزی با توزیع یکنواخت انرژی، روش‌های چاپ سه بعدی مبتنی بر لیزر - مانند ذوب لیزری انتخابی - را تقویت می‌کند.

• تحقیقات علمی
  پارامترهای پالس قابل تنظیم را برای طیف‌سنجی، اپتیک غیرخطی و سایر آزمایش‌های آزمایشگاهی ارائه می‌دهد.

6. انتخاب لیزر فیبر مناسب

• توان خروجی
  بر اساس ضخامت مواد و سرعت پردازش تعیین کنید. علامت گذاری سبک ممکن است به 20 تا 50 وات نیاز داشته باشد. برش سنگین می تواند 1-10 کیلو وات یا بیشتر نیاز داشته باشد.

• ویژگی های پالس
  CW را برای عملیات مداوم انتخاب کنید. سوئیچ Q یا MOPA برای کارهای دقیقی که به توان پیک بالا یا پالس های فوق کوتاه نیاز دارند.

• تحویل پرتو
  سرهای با فوکوس ثابت برای برش عمومی؛ اسکنر galvo برای علامت گذاری با سرعت بالا. اپتیک دوربرد برای جوشکاری از راه دور.

• روش خنک کننده
  واحدهای هوا خنک تا چند صد وات کافی هستند. توان های بالاتر از خنک کننده آب برای حفظ خروجی پایدار بهره می برند.

• یکپارچه سازی و کنترل
  به دنبال سازگاری با تنظیمات اتوماسیون خود، از جمله رابط های دیجیتال، کتابخانه های نرم افزار، و قفل های ایمنی باشید.

7. بهترین شیوه های نگهداری

• مراقبت از انتهای صورت با فیبر
  برای جلوگیری از اعوجاج پرتو، پنجره ها یا عدسی های محافظ را به طور معمول بازرسی و تمیز کنید.

• بررسی سیستم خنک کننده
  بررسی جریان هوا یا جریان آب کافی؛ سنسورهای دما را کنترل کرده و در صورت نیاز فیلترها را تعویض کنید.

• به روز رسانی نرم افزار
  برای بهینه سازی عملکرد و حفظ استانداردهای ایمنی، وصله های سیستم عامل را اعمال کنید.

• کالیبراسیون دوره ای
  برای تأیید توان خروجی، تراز پرتو، و قابلیت اطمینان سیستم، سالیانه (یا بر اساس شدت استفاده) با تکنسین‌های دارای گواهی استخدام کنید.

لیزرهای فیبر فوتونیک پیشرفته را با مهندسی عملی ترکیب می کنند و آنها را به سنگ بنای ساخت، تحقیق و پردازش دقیق مدرن تبدیل می کنند. درک طراحی اصلی، اصول عملیاتی و دامنه کاربرد آنها به شما این امکان را می دهد که از پتانسیل کامل آنها در صنایع بی شماری استفاده کنید.