Лазерные волокна преобразуют промышленное маркирование и резку

В современном промышленном производстве спрос на отслеживаемость продукции, маркировку и прецизионную обработку продолжает расти. Традиционные технологии маркировки и резки, такие как струйная печать и механическая гравировка, все чаще обнаруживают ограничения в эффективности, точности и затратах на техническое обслуживание. Волоконные лазеры, являясь новой лазерной технологией, быстро заменяют традиционные решения благодаря своим превосходным характеристикам, являясь ведущими технологическими инновациями в промышленном производстве.

Волоконный лазер — это тип лазера, в котором в качестве усиливающей среды используется оптическое волокно, легированное редкоземельными элементами. В отличие от традиционных твердотельных или газовых лазеров, волоконные лазеры используют оптическое волокно в качестве основного компонента лазерной генерации, что дает уникальные преимущества. Волоконные лазеры можно разделить на следующие категории:

• По среде усиления:
  • Волоконные лазеры, легированные эрбием (EDFA)
  • Волоконные лазеры, легированные иттербием
  • Волоконные лазеры с неодимом
  • Другие волоконные лазеры, легированные редкоземельными элементами.
• По режиму работы:
  • Волоконные лазеры непрерывного действия (CW)
  • Импульсные волоконные лазеры (наносекундные, пикосекундные, фемтосекундные)
• По выходной мощности:
  • Волоконные лазеры малой мощности (от ватт до десятков ватт)
  • Волоконные лазеры средней мощности (от десятков до сотен ватт)
  • Мощные волоконные лазеры (от киловатт до десятков киловатт)

Технология волоконных лазеров зародилась в 1960-х годах, но стала практической только в 1980-х годах с развитием волокон, легированных редкоземельными элементами, и полупроводниковых лазеров. Технология развивалась через три основных этапа:

• Ранний этап (1960-1980-е годы): теоретические исследования и разработка ключевых компонентов.
• Этап разработки (1990-е – начало 2000-х годов): волоконные усилители, легированные эрбием, произвели революцию в телекоммуникациях.
• Стадия зрелости (2000-е годы – настоящее время): мощные волоконные лазеры доминируют в промышленной обработке.

Волоконные лазеры состоят из четырех основных компонентов:

• Источник насоса:Обычно это лазерные диоды, возбуждающие редкоземельные ионы.
• Усиление среднее:Сердечник оптического волокна, легированный редкоземельными элементами
• Полость резонатора:Оптические элементы, удерживающие и усиливающие фотоны
• Выходной соединитель:Частично отражающее зеркало для лазерного излучения

Принцип работы основан на стимулированном излучении, при котором возбужденные атомы редкоземельных элементов испускают фотоны, которые усиливаются за счет непрерывного отражения внутри волокна.

Волоконные лазеры превосходят традиционные лазеры по нескольким ключевым характеристикам:

• Исключительное качество луча:Коэффициент M² обычно ниже 1,5 обеспечивает точную фокусировку.
• Высокая эффективность:30-50% электро-оптическое преобразование по сравнению с 10-15% у CO₂-лазеров.
• Компактный дизайн:Небольшая занимаемая площадь облегчает интеграцию в автоматизированные системы.
• Низкие эксплуатационные расходы:Твердотельная конструкция без расходных деталей.
• Гибкая доставка:Передача луча по оптическим волокнам упрощает проектирование системы
• Широкий диапазон длин волн:Возможность настройки от УФ до среднего ИК диапазона с помощью различных легирующих примесей.

• Лазерная маркировка:Постоянная идентификация на металлах, пластмассах и керамике.
• Точная резка:Высокоскоростная обработка листового металла с чистыми краями
• Сварка:Соединение компонентов автомобильной и аэрокосмической промышленности
• Обработка поверхности:Приложения для очистки, текстурирования и облицовки
• Аддитивное производство:3D-печать металла сложной геометрии.

• Дерматологические методы лечения (пигментация, сосудистые поражения)
• Системы удаления волос
• Процедуры омоложения кожи

• Спектроскопический анализ
• ЛИДАР-системы
• Исследования в области квантовых вычислений
• Методы биологической визуализации

Технология волоконного лазера продолжает развиваться по нескольким направлениям:

• Масштабирование мощности:Многокиловаттные одномодовые системы для тяжелой промышленности
• Сверхбыстрые импульсы:Фемтосекундные лазеры для микрообработки
• Спектральное расширение:Новые длины волн благодаря современным легирующим добавкам
• Системная интеграция:Компактные решения «под ключ»
• Специальные волокна:Полые и фотонно-кристаллические волокна

Мировой рынок волоконных лазеров демонстрирует уверенный рост:

• Оценка на 2022 год: около XX миллиардов долларов.
• Прогнозируемая оценка на 2028 год: XX миллиардов долларов (XX% CAGR).
• Китай представляет собой крупнейший региональный рынок
• Конкурентная среда включает IPG Photonics, Coherent и отечественных китайских производителей.

Технология волоконного лазера изменила современное производство и продолжает расширяться в новых областях применения. Благодаря постоянному развитию мощности, точности и универсальности волоконные лазеры останутся в авангарде фотонных инноваций.