Fiberlasers transformeren industriële markering en snijden

In de moderne industriële productie blijft de vraag naar producttraceerbaarheid, markering en precisiebewerking groeien. Traditionele markeer- en snijtechnologieën zoals inkjetprinten en mechanisch graveren onthullen steeds meer beperkingen in efficiëntie, precisie en onderhoudskosten. Als een opkomende lasertechnologie vervangen fiberlasers snel conventionele oplossingen met hun superieure prestaties, wat leidt tot technologische innovatie in de industriële productie.

Een fiberlaser is een type laser dat optische vezels gedoteerd met zeldzame aarde als zijn winstmedium gebruikt. In tegenstelling tot traditionele solid-state of gaslasers, gebruiken fiberlasers optische vezels als de kerncomponent voor lasergeneratie, wat unieke voordelen biedt. Fiberlasers kunnen als volgt worden gecategoriseerd:

• Per winstmedium:
  • Erbium-gedoteerde fiberlasers (EDFA)
  • Ytterbium-gedoteerde fiberlasers
  • Neodymium-gedoteerde fiberlasers
  • Andere fiberlasers gedoteerd met zeldzame aarde
• Per bedrijfsmodus:
  • Continue golf (CW) fiberlasers
  • Gepulseerde fiberlasers (nanoseconde, picoseconde, femtoseconde)
• Per uitgangsvermogen:
  • Fiberlasers met laag vermogen (watt tot tientallen watts)
  • Fiberlasers met gemiddeld vermogen (tientallen tot honderden watts)
  • Fiberlasers met hoog vermogen (kilowatts tot tientallen kilowatts)

Fiberlasertechnologie ontstond in de jaren 1960, maar werd pas in de jaren 1980 praktisch met de vooruitgang in vezels gedoteerd met zeldzame aarde en halfgeleiderlasers. De technologie doorliep drie hoofdfasen:

• Vroege fase (jaren 1960-1980): Theoretisch onderzoek en ontwikkeling van belangrijke componenten
• Ontwikkelingsfase (jaren 1990-begin 2000): Erbium-gedoteerde vezelversterkers revolutioneerden de telecommunicatie
• Volwassenheidsfase (jaren 2000-heden): Fiberlasers met hoog vermogen domineren de industriële verwerking

Fiberlasers bestaan uit vier primaire componenten:

• Pompenbron: Meestal laserdiodes die zeldzame aarde-ionen exciteren
• Winstmedium: Kern van optische vezel gedoteerd met zeldzame aarde
• Resonatorholte: Optische elementen die fotonen opsluiten en versterken
• Uitkoppelingskoppeling: Gedeeltelijk reflecterende spiegel voor laseremissie

Het werkingsprincipe berust op gestimuleerde emissie, waarbij geëxciteerde zeldzame aarde-atomen fotonen vrijgeven die versterken door continue reflectie in de vezel.

Fiberlasers presteren beter dan conventionele lasers door verschillende belangrijke kenmerken:

• Uitzonderlijke straalkwaliteit: M²-factor typisch onder 1,5 maakt precieze focussering mogelijk
• Hoge efficiëntie: 30-50% elektrisch-naar-optische conversie versus 10-15% voor CO₂-lasers
• Compact ontwerp: Kleine voetafdruk vergemakkelijkt integratie in geautomatiseerde systemen
• Laag onderhoud: Solid-state constructie zonder verbruiksonderdelen
• Flexibele levering: Straaltransmissie via optische vezels vereenvoudigt het systeemontwerp
• Breed golflengtebereik: Afstembare van UV tot mid-IR door verschillende doteringsmiddelen

• Lasermarkering: Permanente identificatie op metalen, kunststoffen en keramiek
• Precisiesnijden: Hoge snelheid metaalplaatbewerking met schone randen
• Lassen: Verbinding van auto- en ruimtevaartcomponenten
• Oppervlaktebehandeling: Reiniging, texturering en bekledingsapplicaties
• Additieve productie: Metaal 3D-printen voor complexe geometrieën

• Dermatologische behandelingen (pigmentatie, vasculaire laesies)
• Ontharingssystemen
• Huidverjongingsprocedures

• Spectroscopische analyse
• LIDAR-systemen
• Onderzoek naar kwantumcomputers
• Biologische beeldvormingstechnieken

Fiberlasertechnologie blijft zich ontwikkelen langs verschillende trajecten:

• Vermogensschaling: Multi-kilowatt single-mode systemen voor de zware industrie
• Ultrakorte pulsen: Femtoseconde lasers voor micromachining
• Spectrale uitbreiding: Nieuwe golflengten door geavanceerde doteringsmiddelen
• Systeemintegratie: Compacte, kant-en-klare oplossingen
• Speciale vezels: Holle-kern- en fotonische kristalvezels

De wereldwijde fiberlasermarkt vertoont een robuuste groei:

• 2022 waardering: Ongeveer $XX miljard
• Geprojecteerde 2028 waardering: $XX miljard (XX% CAGR)
• China vertegenwoordigt de grootste regionale markt
• Concurrentielandschap omvat IPG Photonics, Coherent en binnenlandse Chinese fabrikanten

Fiberlasertechnologie heeft de moderne productie getransformeerd en blijft zich uitbreiden naar nieuwe toepassingsgebieden. Met voortdurende ontwikkelingen in vermogen, precisie en veelzijdigheid, zullen fiberlasers voorop blijven staan in fotonische innovatie.