Što je vlaknasti laser?
Vlaknasti laser je laser u čvrstom stanju koji koristi staklena vlakna dopirana rijetkim zemnim elementima kao medij za pojačanje, a odlikuje se visokom učinkovitošću fotoelektrične pretvorbe, jednostavnom strukturom i dobrom kvalitetom snopa. Postao je glavni tok razvoja laserske tehnologije i industrijske primjene. Zbog malog otiska optičkih vlakana, može se koristiti u širokom rasponu prigoda i ima visoku stopu korištenja u području proizvodnje i obrade. Vlaknasti laseri imaju visoku prilagodljivost obrade i mogu se koristiti u svim primjenama. Osim toga, kvaliteta snopa je bolja, što može maksimizirati učinak smanjenja troškova i poboljšanja učinkovitosti proizvodnih poduzeća.
Značajke vlaknastog lasera
• Odgovarajući LD izvor svjetlosti velike snage i niske svjetline u apsorpcijskom spektru rijetkih zemalja može se pumpati kroz dvostruko obloženu strukturu vlakana kako bi se proizveo jednomodni laser visoke svjetline.
• Mali i fleksibilan dizajn, visoka učinkovitost pretvorbe i rad u teškim uvjetima s dobrim sustavom hlađenja.
• Proizvedene grede dobre kvalitete, visoke učinkovitosti pretvorbe i niskog praga.
• Laserski izlaz u pojasu od 0.38-4 μm može se ostvariti korištenjem različitih rijetkih zemalja, odabir valne duljine je jednostavan i podesiv, a raspon podešavanja je širok.
• Visok stupanj usklađenosti s postojećim optičkim komunikacijskim sustavima i dobro spajanje.
• Niska cijena s optičkim uređajima i optičkim vlaknima, što može uvelike smanjiti strukturne troškove.
Sastav i princip
Kao i druge vrste lasera, vlaknasti laser sastoji se od 3 dijela: medija za pojačanje, izvora pumpe i rezonantne šupljine. Koristi aktivna vlakna dopirana rijetkim zemnim elementima u jezgri kao medij za pojačanje. Općenito, poluvodički laser se koristi kao izvor pumpe. Rezonantna šupljina se obično sastoji od zrcala, čeonih površina vlakana, zrcala s vlaknima ili rešetki vlakana. Specifičan radni proces je sljedeći: U radnom stanju, aktivno vlakno (vlakno za pojačanje) apsorbira energiju koju osigurava izvor pumpe, pojačava izlazni laser nakon što ga pojača rezonantna šupljina sastavljena od aktivnog vlakna i rešetke vlakana.
Izvor sjemena
Također poznat kao izvor signala, to je objekt pojačanja zračenja u sustavu laserskog pojačanja. Laser koji daje signal male snage koristi se kao "sjeme" kako bi sustav pojačanja mogao pojačati prema stanju tog "sjemena".
Aktivno optičko vlakno
Aktivno vlakno se koristi kao medij za pojačanje, a njegova je funkcija ostvariti pretvorbu energije iz svjetlosti pumpe u signalnu svjetlost kako bi se postiglo pojačanje.
Pasivno optičko vlakno
Pasivna optička vlakna uglavnom ostvaruju funkciju prijenosa svjetlosti i ne sudjeluju u pretvorbi valne duljine. U sustavima s vlaknastim laserima uglavnom se koriste rešetke vlakana, pasivna vlakna za usklađivanje u izolatorima vlakana i pasivna višemodna vlakna za prijenos energije s velikom jezgrom u komponentama za prijenos laserske energije. Trenutno, pasivni optički vlakna domaćih dobavljača mogu u osnovi zadovoljiti proizvodne potrebe, a samo mala količina pasivnih optičkih vlakana koja se koriste za proizvode ultra visoke snage i dalje zahtijeva korištenje uvoznih optičkih vlakana.
Optika vlaknastih lasera
Izvor pumpe
Može se koristiti kao izravni izvor svjetlosti za industrijske poluvodičke lasere za izlaz laserske svjetlosti, a može se koristiti i kao izvor svjetlosti pumpe za pružanje velike snage i visoke svjetline za vlaknaste lasere.
Kombinator pumpe
Laseri više izvora pumpanja mogu se spojiti u optičko vlakno kako bi se postigla veća snaga laserskog pumpanja.
Kombinator energije
Može superponirati energiju više modula vlaknastih lasera velike snage i glavni je uređaj za ostvarivanje kombiniranja izlaza višemodnog laserskog snopa.
Vlaknasta rešetka
Difrakcijska rešetka nastala aksijalno periodičnom modulacijom indeksa loma jezgre vlakna određenom metodom. Pripada pasivnom filterskom uređaju i također je nužna komponenta rezonatora. Određuje izlaznu valnu duljinu i propusnost lasera te može kontrolirati laserski način rada i kvalitetu snopa.
Laserska glava
To je važna komponenta koja može ostvariti fleksibilni izlaz lasera velike snage na velike udaljenosti na mjestu primjene i kompatibilna je sa sustavom obrade, tako da se laser generiran laserom prenosi na materijal za obradu kako bi se dovršila aplikacija laserske obrade.
Izolator
Može učinkovito zaštititi laser i spriječiti da povratna svjetlost ošteti druge optičke komponente.
Striptizeta
Može učinkovito ukloniti svjetlost s obloge u laseru, zaštititi povezane uređaje i poboljšati kvalitetu izlazne laserske zrake. Akustično-optički modulator se uglavnom koristi unutar rezonatora i modulira potreban laserski impuls putem tehnologije modulacije radiofrekventnog pogona. To je jezgra laserskog vlakna s Q-prekidačem.
Usporedivač uzoraka
Jezgreni uređaj koji se koristi za spajanje 2 različite vrste optičkih vlakana može smanjiti gubitak veze različitih vrsta optičkih vlakana i optimizirati usklađivanje polja laserskog moda.
Vrste i upotrebe
Na temelju načina rada, postoje dvije najčešće korištene vrste vlaknastih lasera: kontinuirani laser i pulsni laser. Mogu se koristiti za rezanje, zavarivanje, graviranje, označavanje, čišćenje i druge scenarije.
Kontinuirani laser
Kontinuirani laser emitira svjetlosnu zraku kontinuirano, s vršnom snagom od 120KWKoristi se za rezanje, zavarivanje, lemljenje, bušenje. Polukontinuirani laser (QCW) je u biti još uvijek pulsni, ali s većom širinom impulsa i vršnom snagom od 23KW, koji se koristi u rezanju, elektrolučnom zavarivanju, bušenju, lemljenju, kaljenju metala (poboljšanje duktilnosti metala, smanjenje istosmjernog otpora), posebno je pogodan za zamjenu YAG lasera s lampom u točkastom zavarivanju, šavnom zavarivanju i bušenju. Postoji određeno preklapanje s kontinuiranim laserom koji se koristi.
Pulsni laser
Pulsni laseri mogu se podijeliti na nanosekundne, pikosekundne i femto2nd pulsne lasere. Nano2nd laser (dulja širina pulsa) ima vršnu snagu od 1 MW pri graviranju, jetkanju, bušenju, obradi površine, gašenju i označavanju. Nano2nd laser (kraća širina pulsa za mikro-završnu obradu) koristi se za kaljenje, rezanje silicijskih pločica i stakla. Pico2nd laser (širina pulsa doseže pico2nd razinu) ima vršnu snagu veću od 10 MW, koji se koristi za crnjenje, rezanje safira i stakla, fotonaponsko i OLED rezanje. Femto2nd laser (širina pulsa do femto2nd razine) ima vršnu snagu veću od 29 MW, koji se koristi za rezanje lima, bušenje, visokopreciznu obradu i oftalmološku kirurgiju.
Troškovi vlaknastog lasera
Cijena stroja za graviranje i izradu vlaknima laserom kreće se od $3,500 do $28,500 na temelju pulsirajućih laserskih snaga 20W, 30W, 50W, 60W, 70Wi 100W.
Stroj za rezanje vlaknima laserom košta od $14,200 se $260,000 na temelju kontinuirane laserske snage 1000W, 1500W, 2000W, 3000W, 4000W, 6000W, 8000W, 10000W, 12000W, 15000W, 20000W, 30000W, i do 40000W.
Stroj za zavarivanje vlaknima laserom ima raspon cijena od $5,400 do $58,000 na temelju različitih tipova, uključujući prijenosni (ručni laserski pištolj za zavarivanje) aparat za zavarivanje, automatski (CNC kontroler) aparat za zavarivanje, robotski aparat za zavarivanje s kontinuiranom laserskom snagom 1000W, 1500W, 2000Wi 3000W.
Prosječna cijena plaćena za novi stroj za čišćenje vlaknastim laserom je od $5,000 do $19,500 na temelju pulsirajućih laserskih snaga 50W, 100W, 200W, 300Wi kontinuirane laserske snage 1000W, 1500W, 2000W, 3000W.
