Волоконные лазеры преобразуют промышленное производство

Представьте себе луч света, способный резать сталь, выполнять микроскопическую гравировку и заменять загрязняющие традиционные промышленные процессы - в более зеленом мире.Это не научная фантастика, а реальность, реализуемая с помощью технологии волоконного лазера.С поразительной скоростью эти системы проникают в отрасли, начиная от производства и телекоммуникаций и заканчивая здравоохранением, и становятся незаменимыми инструментами в современных промышленных приложениях.

В сравнении с обычными лазерами, они предлагают превосходное качество луча, компактный размер, высокую производительность и высокую производительность.высокая эффективность электрооптической конверсииИх способность генерировать различные лазерные длины волн позволяет различные промышленные приложения, включая резку, маркировку, сварку, очистку, текстурирование,и бурения, что значительно повышает эффективность производства и качество продукции..

Хотя концепция волоконного лазера была впервые предложена Элиасом Снитцером в 1961 году и продемонстрирована в 1963 году,коммерческое применение не началось до 1990-х годов из-за ранних ограничений в выходной мощности и качестве источника насосаКлючевые этапы развития волоконно-лазерного оборудования:

• 1917:Открытие Эйнштейном стимулируемого излучения заложило теоретическую основу.
• 1960:Теодор Мейман построил первый лазер (рубиновый лазер).
• 1963:Сницер продемонстрировал первый функциональный волоконный лазер.
• 1988:Демонстрация первого двойного лазера.
• 2004:Изобретение Дэвидом Пейном однорежимных лазеров из силиконовых волокон стало прорывом.

Сегодня непрерывные достижения приводят к более высокой эффективности, большей мощности и более широкому применению.Новые методы, такие как лазерная очистка и текстура, заменяют традиционные методы, вредные для окружающей среды., способствуя устойчивому производству.

Лазерные волокна можно классифицировать по нескольким критериям:

• Допирующий материал:Волокна, допированные иттербием, тулием или эрбием, производят различные длины волн для конкретных применений.
• Режим работы:Импульсный (Q-сдвигается, увеличивается-сдвигается) для высокой пиковой мощности против непрерывной волны для стабильной выработки.
• Выходная мощность:От 20 Вт до многокиловаттных систем.
• Режим луча:Однорежимный (8-9 мкм ядро) для точности против многорежимного (50-100 мкм) для высокой мощности.

Основное различие заключается в том, что волоконные лазеры используют допированные твердотельные материалы (обычно производят длины волн 780-2200 нм), в то время как лазеры CO2 используют газовые смеси (9600-10600 нм).Это делает волоконные лазеры идеальными для обработки металлов (за исключением некоторых приложений резки, где CO2 превосходит), в то время как CO2 лазеры лучше взаимодействуют с органическими материалами.

Комплексная система волоконного лазера включает в себя защитные корпуса, выхлопные системы, механические компоненты и интерфейсы управления процессом, чтобы превратить лазер в решение под ключ.Примеры подсистем включают вращающиеся рабочие столы, защитные корпуса класса 1 и интерфейсы между человеком и машиной (HMI).

В то время как часто упоминается, что он имеет продолжительность жизни 100 000 часов (против 30 000 для лазеров CO2),Эти цифры представляют собой показатели статистической надежности, а не абсолютную продолжительность жизни.. Критические периоды отказа возникают:

• Инициал:Производственные дефекты обычно проявляются рано.
• Операционный:Высокие значения MTBF указывают на вероятную надежность в течение этой фазы.
• Конец жизни:Вероятность неисправности увеличивается экспоненциально за пределами оценок MTBF.

Лазерные диоды преобразуют электрическую энергию в насосный свет с помощью полупроводниковых соединений, где рекомбинация электронов-лунок высвобождает фотоны.

Оптические волокна ограничивают свет посредством полного внутреннего отражения между ядром с высоким индексом (допированным редкоземельными элементами) и облицовкой с низким индексом.

В лазерной полости допированные ионы подвергаются циклам электронного возбуждения/расслабления.Решетки из волокон Брэгга образуют резонаторы, которые производят стимулируемую эмиссию, суть ЛАСЕР (усиление света путем стимулируемой эмиссии излучения).

Специфические допанты (например, итербий для 1064 нм) диктуют выходной длину волны, регулируя характеристики энергии фотонов.

Линзы и расширители лучей преобразуют естественный коллимированный выход в специальные для применения профили, такие как короткофокусные линзы для агрессивной абляции в гравировочных приложениях.

Большинство волоконных лазеров работают в инфракрасном спектре (780-2200 нм), невидимом для человеческого глаза, но идеально подходит для обработки металлов и полимеров.Специализированные системы используют преобразование частоты для получения видимых длин волн для таких приложений, как обработка полупроводников или медицинские процедуры.

Работа с непрерывными волнами подходит для сварки / резки, в то время как импульсные режимы обеспечивают высокую пиковую мощность для гравировки / очистки.

• Энергия (миллиджоуль на импульс)
• Продолжительность (микросекунды до фемтосекунд)
• Скорость повторения (kHz)

Средняя мощность (ват) измеряет устойчивую мощность, в то время как импульсные системы также указывают пиковую мощность (например, средняя мощность 100 Вт с пиками 10 000 Вт).

Количественное определение фактора M2 (идеальный показатель 1) определяет фокусируемость, которая имеет решающее значение для применений, требующих концентрированной плотности энергии, таких как высокоточные процессы абляции.