Čo je vláknový laser?
Vláknový laser je polovodičový laser, ktorý ako médium zisku používa sklenené vlákno dopované prvkami vzácnych zemín, ktoré sa vyznačuje vysokou účinnosťou fotoelektrickej konverzie, jednoduchou štruktúrou a dobrou kvalitou lúča. Stala sa hlavným prúdom vývoja laserových technológií a priemyselných aplikácií. Vzhľadom na malé rozmery optického vlákna je možné ho použiť v širokom spektre príležitostí a má vysokú mieru využitia v nadväzujúcej oblasti výroby a spracovania. Vláknové lasery majú vysokú prispôsobivosť spracovania a môžu byť použité v akýchkoľvek aplikáciách. Okrem toho je kvalita lúča lepšia, čo môže maximalizovať účinok zníženia nákladov a zvýšenia efektívnosti pre výrobné podniky.
Vlastnosti vláknového lasera
• Zodpovedajúci vysokovýkonný LD svetelný zdroj s nízkym jasom v absorpčnom spektre prvkov vzácnych zemín môže byť čerpaný cez štruktúru dvojitého plášťa vlákna na výstup vysokojasného jednomódového lasera.
• Malý a flexibilný dizajn, vysoká účinnosť konverzie a práca v náročných podmienkach s dobrým chladiacim systémom.
• Vyrábané nosníky s dobrou kvalitou, vysokou účinnosťou konverzie a nízkym prahom.
• Laserový výstup v pásme 0.38-4um možno realizovať použitím rôznych prvkov vzácnych zemín, výber vlnovej dĺžky je jednoduchý a laditeľný a rozsah ladenia je široký.
• Vysoký stupeň zhody s existujúcimi optickými komunikačnými systémami a dobrá väzba.
• Nízke náklady s optickými zariadeniami a optickými vláknami, ktoré môžu výrazne znížiť štrukturálne náklady.
Zloženie a princíp
Podobne ako iné typy laserov, aj vláknový laser pozostáva z 3 častí: zosilňovacieho média, zdroja pumpy a rezonančnej dutiny. Ako médium zisku využíva aktívne vlákna dopované prvkami vzácnych zemín v jadre. Vo všeobecnosti sa ako zdroj pumpy používa polovodičový laser. Rezonančná dutina sa vo všeobecnosti skladá zo zrkadiel, koncových plôch vlákien, zrkadiel s vláknovou slučkou alebo vláknitých mriežok. Konkrétny pracovný proces je nasledovný: V pracovnom stave aktívne vlákno (gain vlákno) absorbuje energiu poskytovanú čerpacím zdrojom, zosilňuje výstupný laser po zosilnení rezonančnou dutinou zloženou z aktívneho vlákna a vláknitej mriežky.
Zdroj semien
Tiež známy ako zdroj signálu, je predmetom zosilňovania žiarenia v laserovom zosilňovacom systéme. Laser, ktorý poskytuje signál s nízkym výkonom, sa používa ako „zárodok“, ktorý umožňuje zosilňovaciemu systému zosilňovať podľa stavu tohto „zárodku“.
Aktívne optické vlákno
Aktívne vlákno sa používa ako médium zosilnenia a jeho funkciou je realizovať premenu energie zo svetla čerpadla na signálne svetlo, aby sa dosiahlo zosilnenie.
Pasívne optické vlákno
Pasívne optické vlákno realizuje hlavne funkciu prenosu svetla a nezúčastňuje sa konverzie vlnovej dĺžky. Vo vláknových laserových systémoch sú to hlavne vláknové mriežky, pasívne prispôsobené vlákna vo vláknových izolátoroch a pasívne multimódové vlákna na prenos energie s veľkým jadrom v komponentoch prenosu laserovej energie. V súčasnosti môžu produkty pasívnych optických vlákien domácich dodávateľov v zásade spĺňať výrobné potreby a iba malé množstvo pasívnych optických vlákien používaných pre produkty s ultra vysokým výkonom stále potrebuje používať dovážané optické vlákno.
Vláknová laserová optika
Zdroj čerpadla
Môže sa použiť ako priamy zdroj svetla pre priemyselné polovodičové lasery na výstup laserového svetla a môže sa použiť aj ako zdroj svetla pumpy na poskytovanie vysokovýkonného a vysokojasného svetla pumpy pre vláknové lasery.
Kombinátor čerpadiel
Lasery viacerých zdrojov čerpadiel môžu byť spojené do optického vlákna, aby sa dosiahol vyšší výkon laserového čerpadla.
Kombinátor energie
Dokáže superponovať energiu viacerých vysokovýkonných vláknových laserových modulov a je základným zariadením na realizáciu kombinovania výstupu multimódového laserového lúča.
Vláknová mriežka
Difrakčná mriežka vytvorená axiálnou periodickou moduláciou indexu lomu jadra vlákna určitým spôsobom. Patrí k pasívnemu filtračnému zariadeniu a je tiež nevyhnutnou súčasťou rezonátora. Určuje výstupnú vlnovú dĺžku a šírku pásma lasera a môže ovládať režim lasera a kvalitu lúča.
Laser Head
Je to dôležitý komponent, ktorý dokáže realizovať flexibilný výstup vysokovýkonného lasera na veľké vzdialenosti v mieste aplikácie a je kompatibilný s obrábacím systémom, takže laser generovaný laserom sa prenáša do spracovateľského materiálu na dokončenie aplikácie laserového obrábania.
izolátor
Môže účinne chrániť laser a účinne zabrániť spätnému svetlu pred poškodením iných optických komponentov.
striptérka
Môže účinne odstrániť obkladové svetlo v laseri, chrániť súvisiace zariadenia a zlepšiť kvalitu výstupného laserového lúča. Akustooptický modulátor sa používa hlavne vo vnútri rezonátora a moduluje požadovaný laserový impulz pomocou modulačnej technológie rádiofrekvenčného pohonu. Ide o komponenty jadra pulzného vláknového lasera s Q-spínaním.
Zhoda vzorov
Základné zariadenie používané na pripojenie 2 rôznych typov optických vlákien môže minimalizovať stratu spojenia rôznych typov optických vlákien a optimalizovať prispôsobenie poľa režimu laserového režimu.
Typy a použitie
Na základe pracovného režimu sa najčastejšie používajú 2 typy vláknových laserov: kontinuálny laser a pulzný laser. Môže byť použitý pri rezaní, zváraní, gravírovaní, označovaní, čistení a iných scenároch.
Kontinuálny laser
Kontinuálny laser nepretržite vyžaruje svetelný lúč so špičkovým výkonom 120KW. Používa sa pri rezaní, zváraní, spájkovaní, vŕtaní. Semi-kontinuálny laser (QCW) je v podstate stále pulzný, ale s dlhšou šírkou pulzu a špičkovým výkonom 23KW, ktorý sa používa pri rezaní, oblúkovom zváraní, vŕtaní, spájkovaní natvrdo, kalení kovov (zlepšenie ťažnosti kovu, zníženie jednosmerného odporu), obzvlášť vhodný na nahradenie lampou čerpaných YAG laserov pri bodovom zváraní, švovom zváraní a vŕtaní. Existuje určité prekrytie s používaným kontinuálnym laserom.
Pulzný laser
Pulzné lasery môžeme rozdeliť na nanosekundové, pikosekundové, femto2nd pulzné lasery. Laser Nano2nd (väčšia šírka impulzu) má špičkový výkon 1MW pri ryhovaní, leptaní, vŕtaní, povrchovej úprave, kalení, značení. Nano2nd laser (kratšia šírka pulzu pre mikroúpravu) sa používa na kalenie, kremíkové doštičky a rezanie skla. Pico2nd laser (šírka impulzu dosahuje pico2nd level) má špičkový výkon väčší ako 10MW, ktorý sa používa na černenie, rezanie zafírov a skla, fotovoltaické a OLED rezanie. Laser Femto2nd (šírka impulzu až po femto2nd level) má špičkový výkon vyšší ako 29MW, ktorý sa používa na rezanie plechov, vŕtanie, vysoko presné spracovanie a oftalmologickú chirurgiu.
Náklady na vláknový laser
Cena stroja na gravírovanie a výrobu vlákien laserom je od $3,500 až $28,500 na základe výkonu pulzného lasera 20W, 30W, 50W, 60W, 70Wa 100W.
Vláknový laserový rezací stroj stojí od $14,200 na $260,000 na základe nepretržitého výkonu lasera 1000W, 1500W, 2000W, 3000W, 4000W, 6000W, 8000W, 10000W, 12000W, 15000W, 20000W, 30000Wa do 40000W.
Vláknový laserový zvárací stroj má cenové rozpätie od $5,400 až $58,000 na základe rôznych typov vrátane prenosnej (ručná laserová zváračka) zváračky, automatickej (CNC riadiacej) zváračky, robotickej zváračky s nepretržitým výkonom lasera 1000W, 1500W, 2000Wa 3000W.
Priemerná cena zaplatená za nový stroj na čistenie vláknovým laserom je od $5,000 až $19,500 na základe výkonu pulzného lasera 50W, 100W, 200W, 300Wa nepretržité výkony lasera 1000W, 1500W, 2000W, 3000W.
