Изучите более 10 типов лазеров для различных применений | MachineMFG

Изучите более 10 типов лазеров для различных областей применения

0
(0)

Волоконные лазеры имеют широкий спектр применения, а их разновидности позволяют удовлетворить особые потребности.

Существует множество методов классификации для волоконные лазерыСреди них наиболее распространенные классифицируются по режиму работы, диапазону частот и среднему легированию редкоземельными элементами.

Лазеры Обычно их называют в соответствии с одной или двумя из этих трех категорий.

Например, серия YLM-QCW компании IPG воплощается в квазинепрерывных волоконных лазерах, легированных иттербием.

Волоконные лазеры имеют широкий спектр применения.

Различные подразделяемые лазеры имеют разные характеристики и подходящие области применения.

Например, средний инфракрасный диапазон безопасен для глаз человека и может быть сильно поглощен в воде. Это идеальный источник медицинского лазера;

Легированное эрбием волокно может открыть окно оптической волоконной связи благодаря своей подходящей длине волны, которая широко используется в области оптической волоконной связи;

Благодаря своей видимости, зеленый лазер незаменим в сфере развлечений и проекции.

Рис. 1 Схема применения лазерного подразделения и классификация по соответствующим отраслям промышленности

Диаграмма применения лазерного подразделения и классификация, соответствующая соответствующим отраслям промышленности

Пиковая мощность импульсного лазера высока, а скорость обработки квазинепрерывного лазера высока.

По режиму работы волоконные лазеры можно разделить на волоконные лазеры с модовой блокировкой, волоконные лазеры с Q-переключением, квазинепрерывные волоконные лазеры и непрерывные волоконные лазеры.

Технические подходы к реализации импульсных волоконный лазер В основном это технология Q-switching, технология блокировки режимов и технология усиления мощности основного колебания (MOPA) с помощью затравочного источника.

Технология блокировки режимов позволяет достичь фемтосекундные или пикосекундные импульсный выход, причем пиковая мощность импульса высока, как правило, порядка мегаватта, но средняя мощность выходного импульса низкая;

  • Переключатель волоконный лазер можно получить импульсный лазер с длительностью импульса в наносекунду, пиковой мощностью в киловатт и энергией импульса в мегаджоуль.
  • Ширина импульса квазинепрерывного лазера составляет микросекунды, а непрерывный лазер непрерывно получает энергию от источника накачки и производит лазерное излучение в течение длительного времени.

Рис. 2 Рабочий режим и ширина импульса волоконного лазера

Режим работы и ширина импульса волоконного лазера

CW волоконный лазер является основным продуктом высокой мощности лазера.

Лазерный выход CW лазер является непрерывным, который широко используется в областях лазерная резкаСварка и облицовка.

Источник лазерной накачки непрерывно подает энергию и производит лазерный выход в течение длительного времени, чтобы получить непрерывный лазер.

Число частиц на каждом энергетическом уровне и поле излучения в полости имеют стабильное распределение.

Его рабочей характеристикой является то, что возбуждение рабочего материала и соответствующий лазерный выход могут осуществляться непрерывно в большом диапазоне времени.

Волоконный лазер, возбуждаемый непрерывным источником света, является непрерывным волоконным лазером.

По сравнению с другими типы лазеровНепрерывные волоконные лазеры могут достигать относительно высокой мощности. Компания IPG выпустила одномодовый непрерывный волоконный лазер мощностью 20000 ватт, который часто используется в области лазерной резки, сварки и наплавки.

Квази CW волоконный лазер может работать в двух режимах, что может значительно повысить скорость обработки

Квази-КВ лазер может работать в непрерывном режиме и в режиме импульса с высокой пиковой мощностью в одно и то же время.

Согласно официальному сайту IPG, пиковая и средняя мощность традиционного CW-лазера всегда одинаковы в режиме CW и CW/модуляции, в то время как пиковая мощность квази-CW-лазера в импульсном режиме в 10 раз превышает среднюю мощность.

Таким образом, микросекундные и миллисекундные импульсы с высокой энергией могут генерироваться с частотой повторения от десятков герц до тысяч герц, а средняя мощность и пиковая мощность могут достигать нескольких киловатт.

Квази-КВ волоконный лазер обеспечит более высокую эффективность электрооптического преобразования и значительно повысит скорость обработки и эффективность производства.

По сравнению с другими лазерными системами, квази CW волоконный лазер может обеспечить десятикратное увеличение эффективности фотоэлектрического преобразования, и может достичь более чем 30% электрооптической эффективности преобразования при пассивной схеме охлаждения.

Благодаря высокой средней мощности и частоте повторения импульсов скорость обработки в 3-4 раза выше, чем у большинства лазеров.

Значительное снижение затрат на электроэнергию, отсутствие расходных материалов и запасных частей, низкая потребность в техническом обслуживании и отсутствие необходимости в предварительном нагреве приводят к оптимизации расходов.

Импульсный волоконный лазер может сжимать энергию и выдавать пиковую мощность.

Импульсные волоконные лазеры делятся на волоконные лазеры с Q-switched и волоконные лазеры с модовой синхронизацией.

Технология Q-switching заключается в сжатии лазерной энергии за короткий промежуток времени для формирования лазерного излучения с высокой пиковой мощностью и узкой шириной импульса.

Принцип Q-switching заключается в добавлении в лазер устройства, регулирующего потери.

В большинстве временных зон потери лазера очень велики, а световой поток практически отсутствует.

В течение короткого времени, уменьшить потери устройства, так что, чтобы сделать лазерный выход короткий импульс с высокой интенсивностью.

Q-switch является основным устройством технологии Q-switched, которое может реализовать Q-switched волоконный лазер в активном или пассивном режиме.

Импульсный волоконный лазер с Q-переключением обладает такими характеристиками, как высокая пиковая мощность, высокая энергия одиночного импульса и дополнительный диаметр пятна.

Он широко используется в маркировке, точной обработке, графической маркировке, глубокой гравировке, точной резке листа, сверлении и других областях неметаллических, золотых, серебряных, медных, алюминиевых и не высоких отражений. материал нержавеющая сталь.

С точки зрения применения маркировки, по сравнению с CO2 лазер, стоимость ниже, а производительность стабильнее.

Импульсный волоконный лазер с блокировкой мод генерирует ультракороткие импульсы с помощью активной блокировки мод или пассивной блокировки мод.

Ограниченная временем отклика модулятора, ширина импульса, генерируемого при блокировке активного режима, велика, обычно порядка пикосекунды;

Для пассивной блокировки мод используются устройства с малым временем отклика, способные генерировать фемтосекундные импульсы.

Краткий принцип блокировки мод заключается в принятии соответствующих мер для того, чтобы взаимно независимые продольные моды в резонаторе имели определенное соотношение фаз.

Даже если разность фаз соседних продольных мод постоянна, лазер будет выдавать импульсы с чрезвычайно узкой шириной импульса и высокой пиковой мощностью.

Импульсный лазер с блокировкой мод обладает такими преимуществами, как отличное качество луча, ультракороткая длительность импульса и высокая энергия импульса.

Он подходит для микрообработки различных материалов, включая металл, стекло, керамику, кремний и пластик.

В медицине лазеры с блокировкой мод также используются в лазерных скальпелях и офтальмологической хирургии.

Например, фотохимическое воздействие также используется для ухода за кожей.

Благодаря таким характеристикам, как короткий импульс и высокая пиковая мощность, лазеры с синхронизацией мод широко используются в различных методах визуализации, микроскопии и спектроскопии.

Они также используются в области электрооптического измерения выборки, измерения расстояния, частоты и синхронизации на интегральных электронных схемах.

Ближний инфракрасный свет является основным, а зеленый свет и дальний инфракрасный свет имеют свои особенности.

Лазер, непосредственно выводимый волоконным лазером, в основном имеет ближний инфракрасный свет с длиной волны 960 нм-2,05 мкм.

В соответствии с порядком длин волн от коротких до длинных, категория лазеров охватывает все виды лазеров от рентгеновских до дальних инфракрасных, с длинами волн от 0,001 нм до 1000 микрон.

Среди них лазер, непосредственно выводимый волоконным лазером, находится в основном в ближней инфракрасной части.

Однако для того, чтобы удовлетворить потребности различных приложений, волоконные лазеры могут выводить видимый свет за счет удвоения частоты, и основное их применение - зеленый свет;

Среднее инфракрасное излучение может быть получено путем легирования фторида в оптическом волокне.

Рис.3 Список различных длин волн оптического волокна

Список различных длин волн оптического волокна

Таблица 1. Лазеры по длине волны

Имя Диапазон длин волн Основные продукты
Дальний инфракрасный лазер 30 ~ 1000 микрон Молекулярная газовый лазер, лазер на свободных электронах 
Средний инфракрасный лазер 3 ~ 30 микрон Молекулярный газовый лазер CO2 
Лазер ближнего инфракрасного диапазона 0,76 ~ 3 микрона Волоконный лазер, полупроводниковый диодный лазер CaAs, частичный газовый лазер 
Видимый лазерНевидимый инфракрасный лазер 380 нм ~ 780 нм Рубиновый лазер, He Ne лазер, аргоновый ионный лазер, криптоновый ионный лазер 
Лазер ближнего ультрафиолетового диапазона 200 нм ≈ 400 нм Молекулярный лазер на азоте, эксимерный лазер на фториде ксенона, эксимерный лазер на фториде криптона (KrF) 
Вакуумный ультрафиолетовый лазер 5 нм ~ 200 нм Водородный (H) эксимерный лазер, ксеноновый (Xe) эксимерный лазер 
Рентгеновский лазер 0,001 нм ~ 5 нм  

Средний инфракрасный волоконный лазер безопасен для глаз человека и является идеальным источником медицинского лазера.

Длина волны среднего инфракрасного лазера составляет в основном от 23 микрон до 3,9 микрон, для возбуждения которого необходимо фтористое стекловолокно, легированное редкоземельными ионами.

Из спектра флуоресценции, созданного инфракрасным переходом волоконного лазера на рисунке ниже, видно, что легированный гольмием ион (Ho3+) и легированный эрбием ион (Er3+) могут быть непосредственно сгенерированы при возбуждении в соответствующих условиях среды.

Фтористый стекловолоконный лазер имеет высокую эффективность и выходную мощность в диапазоне 2,3 ~ 3,5 мкм, а длина волны составляет более 3,5 мкм.

Существует очень мало материалов, которые могут соответствовать низкой энергии фононов, необходимой для передачи по оптическому волокну и излучения редкоземельных ионов.

Оптоволоконный лазер с одним легированием Ho3 + фторид производит лазер в диапазоне 3,9 мкм при низкой температуре, что является самой длинной длиной волны прямого выхода в настоящее время.

Рис.4 Зависимость между максимальной выходной мощностью и длиной волны излучения различных волоконных лазеров на редкоземельных ионах

Связь между максимальной выходной мощностью и длиной волны излучения различных волоконных лазеров на редкоземельных ионах

Благодаря своим характеристикам длины волны, средний инфракрасный лазер может открыть атмосферное окно и широко используется в лазерном наведении, позиционировании и измерении.

В военном деле применение направленной энергии лазера и передача на большие расстояния через атмосферное окно передачи требует сильной энергии луча.

В инфракрасном противодействии ракетам, средний инфракрасный лазер может получить атмосферное окно передачи в диапазоне 3 ~ 5 мкм.

Средний инфракрасный волоконный лазер с одномодовым выходом мощностью несколько киловатт может найти широкое применение в боевых платформах национальной обороны, таких как противокрылатые ракеты, наведение ракет и разведка воздушного пространства с помощью БПЛА.

Средний инфракрасный волоконный лазер был широко использован в медицинской области из-за его сильной направленности и безопасности для глаз человека.

Диапазон среднего инфракрасного лазера безопасен для человеческих глаз и может быть сильно поглощен в воде.

Благодаря сильной направленности лазера, глубина проникновения в ткани может быть небольшой, а площадь физического повреждения может быть очень маленькой в лазерной хирургии, чтобы достичь высокой точности.

В современной медицине средний инфракрасный лазер в медицинском применении в основном использует фототермический эффект для лечения или иссечения больных тканей.

Он широко используется в ортопедии, гастроэнтерологии и урологии.

Он стал идеальным медицинским лазерным источником света для абляции и рассечения тканей мочевыводящих путей, распаривания и удаления разрушенных органов.

В процессе разрезания тканей, богатых липидами, костями и белками, использование среднего инфракрасного лазера приведет к незначительным повреждениям.

Зеленый волоконный лазер имеет высокую спектральную яркость и эффективность преобразования 84%

Волоконный лазер может получить зеленый свет за счет удвоения частоты.

Хотя зеленый волоконный лазер с удвоением частоты не является зеленым волоконным лазером в строгом смысле слова, поскольку его активирующая среда не выпускает непосредственно лазерный луч 532 нм, этот тип волоконного лазера обеспечивает узкий диапазон длительности импульсов и частоты повторения до 600 кГц.

Лазерный источник с высокой спектральной яркостью способствует эффективному преобразованию, обеспечивая эффективность преобразования 84% и электрооптическую эффективность преобразования более 20%. 

Возможно повышение мощности до 355 и 266 нм.

Зеленый лазер широко используется в печати, медицинском лечении, хранении данных, военном деле, биологии и других областях.

Например, зеленый волоконный лазер IPG может использоваться для визуализации частиц, измерения скорости / визуализации потока, диагностики изображений и хирургии, оптического захвата / оптического пинцета, производства солнечных батарей, производственного контроля и контроля качества, голографии и интерферометрии, развлечений и проекции и т.д.

Волокно, легированное иттербием, является доминирующим, а волокно, легированное эрбием и тулием, имеет свою рабочую длину волны.

Волоконный лазер в основном использует волокно, легированное редкоземельными элементами, в качестве среды усиления, и различные редкоземельные элементы соответствуют различным рабочим длинам волн.

Легированное волокно - это добавление примесей, таких как редкоземельные ионы, в сердцевину волокна, что приводит к модификации волокна и проявлению лазерного эффекта.

Принцип работы заключается в том, что свет накачки сначала попадает в среду усиления, легированную редкоземельными ионами, через систему связи, а затем редкоземельные ионы в легированном ядре поглощают энергию фотона накачки и производят переход энергетического уровня.

Например, редкоземельные ионы, такие как эрбий (Er3+), празеодим (Pr3+), тулий (Tm3+), неодим (Nd3+) и иттербий (Yb3+), могут быть использованы в качестве легирующих элементов для изготовления оптических волокон, а затем из них делают легированный волоконный усилитель (XDFA) и волоконный лазер (XDFL).

Различные редкоземельные элементы работают в разных диапазонах длин волн, но все они находятся в ближнем инфракрасном диапазоне.

Рис. 5 Рабочие длины волн редкоземельных ионов в часто легированных сердечниках.

Рабочие длины волн редкоземельных ионов в широко легированных сердечниках.

Волоконный лазер, легированный иттербием, является ведущей силой в лазерной промышленности.

Волоконный лазер, легированный иттербием, быстро развивается благодаря своей высокой стабильности, хорошему качеству луча и высокой эффективности наклона.

Оптоволокно, легированное иттербием, имеет множество преимуществ.

Волоконный лазер, разработанный на основе волокна, легированного иттербием, имеет высокую эффективность наклона и оптическую эффективность преобразования, и может получить мощный лазерный выход в 1м диапазоне.

Поэтому он привлек к себе большое внимание и быстро развивается.

Он стал основной направляющей силой в лазерной промышленности и имеет хорошие перспективы применения в промышленной обработке, медицинском лечении, национальной обороне и других областях.

В большинстве лазерных продуктов Ruike laser используется волокно, легированное иттербием.

Таблица 2. Сравнение основных зеркально легированных оптических волокон отечественных и зарубежных компаний

КомпанияПринять технологиюСостояние продукта / ценаДиаметр сердечника( μ m)Диаметр облицовкиЧисловая апертура ядра NA
НуфернСверхширокополосное зеркальное легированное волокно (три оболочки) ПродатьUSD 1030 / M290.0±20.0400±180.110±0.010
NIightОптоволокно с двойной оболочкой, легированное иттербием, с большим полем модПродать20.0±1.5400±10.00.070±0.005
Оптическое волокно ChangfeiДвойное плакированное иттербиевое волокно с большим полем модПродать20.0±2.0400±15.00.06±0.01
Технология маяковОптоволокно с двойной оболочкой, легированное иттербиемПродать20.0±2.0400±5.00.075±0.005
Ухань РуйсиньОптоволокно с двойной оболочкой, легированное иттербием, с большим полем модПродать20.0±1.5400.0±10.00.065±0.005

Волоконные лазеры, легированные иттербием, в основном используются в непрерывных лазерах и импульсных лазерах с переключением добротности.

Благодаря простой структуре энергетических уровней иона иттербия и малым потерям частиц, лазер имеет высокую эффективность преобразования и низкий тепловой эффект при работе на высокой мощности, а также большую полосу усиления (975 нм ~ 1200 нм).

В то же время, время жизни иона иттербия на верхнем уровне относительно велико, обычно около 1 миллисекунды.

Эти факторы благоприятствуют применению технологии Q-switching.

Поэтому в импульсном лазере был реализован выход ультракоротких импульсов.

В аспекте CW-лазера выходная мощность волоконного лазера, легированного иттербием, достигла порядка 10000 ватт.

Волоконный лазер, легированный эрбием, является уникальным окном оптической связи

Легированный эрбием волоконный лазер имеет характеристики безопасной длины волны и сверхвысокой энергии импульса. Легированный эрбием волоконный лазер может реализовать одномодовую работу, с чрезвычайно узкой шириной линии, хорошей монохроматичностью и стабильностью.

Ион эрбия имеет широкую полосу усиления, что может усилить многомодовые колебания в резонаторе лазера, чтобы реализовать ультракороткоимпульсный лазер.

Благодаря своим уникальным характеристикам, обеспечивающим безопасность для человеческого глаза ("безопасность для человеческого глаза" означает, что лазер с длиной волны 1,5 мкм значительно ниже порога повреждения человеческого глаза), он имеет широкий спектр практического применения в таких областях, как оптическая связь в свободном пространстве, лидар, обнаружение окружающей среды, калибровка заготовок и промышленная обработка.

Волокно, легированное эрбием, широко используется в области волоконно-оптической связи благодаря подходящей длине волны.

Поскольку легированное эрбием волокно имеет высокий коэффициент усиления на длине волны 1550 нм, его спектральный профиль усиления около 40 нм соответствует наилучшему окну низких потерь в оптоволоконной связи, что имеет потенциальное значение для применения.

Волоконный лазер, легированный тулием, может улучшить характеристики поглощения водных материалов

Волоконный лазер, легированный тулием, обладает такими характеристиками, как низкий порог, высокая эффективность и хорошее качество луча.

Легированный тулием волоконный лазер является горячей точкой исследования волоконного лазера в области безопасной длины волны для человеческих глаз, и легированный тулием волоконный лазер может работать в S-диапазоне (150 - 75 мм).

Она играет очень важную роль в освоении частотного пространства потенциальных ресурсов связи и повышении пропускной способности оптоволоконной системы связи.

За последние несколько лет волоконные лазеры с модуляцией добротности и непрерывные волоконные лазеры, легированные тулием, развились до более высокой средней мощности.

Сейчас определенное количество поставщиков может предоставить коммерческие импульсные лазеры со средней мощностью 10 Вт.

Волоконный лазер, легированный тулием, широко используется в лазерной медицине, лидаре, космическом дистанционном зондировании и других областях.

Выходная длина волны волоконного лазера, легированного тулием, составляет около 2 мкм.

Сильная полоса поглощения жидкой воды составляет около 1950 нм, что близко к длине волны стандартного тулиевого волоконного лазера, поэтому характеристики поглощения значительно улучшаются.

Вода обычно присутствует во многих органических и неорганических соединениях, а это значит, что большое количество материалов улучшает характеристики поглощения в спектральном диапазоне 2 мкм.

Поэтому волоконный лазер, легированный тулием, рассматривается как идеальный источник света для медицины, безопасности глаз, сверхбыстрой оптики, дистанционного зондирования на коротких расстояниях и биологии, и имеет хорошие перспективы развития.

В то же время в области медицины волоконный лазер, легированный тулием, также имеет множество применений, включая ускоренное испарение, ультратонкие технологии резки и коагуляционный гемостаз в медицине.

Мощный волоконный лазер, легированный тулием, может быть использован не только для безопасной длины волны человеческого глаза и источника света лидара, но и в качестве источника накачки твердотельного кристаллического лазера для дальнейшей реализации выхода инфракрасного лазера с большей длиной волны.

Рис. 6 Характеристики поглощения жидкой воды при различных длинах волн

Характеристики поглощения жидкой воды на разных длинах волн

Волоконный лазер обладает выдающимися преимуществами производительности и очевидным эффектом замещения.

Углекислотный лазер имеет низкую эффективность преобразования света и высокую стоимость.

Углекислотный лазер - это разновидность молекулярного лазера.

Это один из распространенных мощных КВ-лазеров.

Основным материалом является молекула углекислого газа.

Основная структура CO2 Лазер включает в себя лазерную трубку, оптический резонатор, источник питания и насос.

Главная особенность - большая выходная мощность и возможность непрерывной работы, но сложная конструкция, большой объем и трудное обслуживание.

Рис. 7 Структура углекислотного лазера

Структура углекислотного лазера

Инверсия числа частиц - ключ к люминесценции углекислотного лазера.

Рабочими веществами углекислотного лазера являются углекислый газ, азот и гелий. После подачи постоянного тока молекулы азота в смешанном газе возбуждаются под воздействием электронов.

Когда возбужденные молекулы азота сталкиваются с молекулами углекислого газа, они передают энергию молекулам углекислого газа, в результате чего молекулы углекислого газа переходят с низкоэнергетического уровня на высокоэнергетический, образуют инверсию числа частиц и излучают лазер.

Рис.8 Схема процесса излучения углекислотного лазера

Схема процесса излучения углекислотного лазера

Оптическое волокно и углекислотный лазер имеют свои преимущества, поэтому различные инструменты должны быть выбраны в соответствии с различными потребностями.

Из технологий резки, которые широко используются в настоящее время, волоконный лазер и CO2 Лазеры имеют свои преимущества и недостатки в зависимости от специфики применения.

Они не могут полностью заменить друг друга, а должны дополнять и сосуществовать.

Что касается типов обрабатываемых материалов, то из-за эффекта поглощения волоконные лазеры не подходят для резки неметаллические материалыв то время как обычные CO2 Лазеры не подходят для резки материалов с высокой отражательной способностью, таких как медь и алюминий;

Что касается скорости резки, CO2 имеет преимущества при обработке листов толщиной > 6 мм, в то время как волоконный лазер режет лист быстрее;

Перед лазерной резкой заготовку необходимо прорезать, а скорость перфорации CO2 значительно быстрее, чем у волоконного лазера;

С точки зрения качества режущей части, CO2 лазер лучше, чем волоконный лазер в целом.

Таблица 3. Сравнение волоконного лазера и углекислотного лазера

 Волоконный лазер Углекислотный лазер 
Материал для резки Неметаллические материалы не поддаются резке Материалы с высокой отражающей способностью плохо адаптируются 
Скорость резки Очевидные преимущества менее 3 мм Углекислый газ имеет преимущество, если его размер превышает 6 мм.
Эффективность проникновения Скорость относительно низкая Чем больше толщина, тем очевиднее преимущество. 
Качество секции Немного хужеУлучшенная шероховатость и вертикальность 

Волоконный лазер имеет более высокую эффективность преобразования света и низкую стоимость.

Согласно расчетам, стоимость использования волоконного лазера составляет 23,4 юаня/час, стоимость использования углекислотного лазера составляет 39,1 юаня/час, среди которых стоимость электроэнергии волоконного лазера составляет 7 юаней/час, стоимость водяного охлаждения составляет 8,4 юаня/час, а другие расходы составляют 8 юаней/час;

Стоимость мощности углекислотного лазера составляет 21 юань/час, стоимость водяного охлаждения - 12,6 юаня/час, прочие расходы - 5,5 юаня/час.

Таблица 4. Сравнение стоимости волоконного и углекислотного лазеров

 Волоконный лазер Углекислотный лазер
Мощность (кВт) 3
Эффективность преобразования света 30% 10%
Потребляемая мощность (кВт) 1030
Цена на электроэнергию (юань/кВтч) 11
Продолжительность нагрузки 70%70%
Стоимость электроэнергии (юаней/час) 721
Мощность оборудования для охлаждения воды (кВт) 1218
Цена на электроэнергию (юань/кВтч) 11
Продолжительность нагрузки 70%70%
Стоимость охлаждения воды (юаней/час) 8.412.6
Стоимость расходных материалов (юаней/час)32.5
Стоимость потребления модуля (юаней/час) 5 
Стоимость носителя (юаней/час)  1
Обычное точечное решение (юань/час)  2
Прочие расходы (юаней/час) 85.5
Стоимость использования (юаней/час) 23.439.1

YAG-лазер имеет низкую эффективность преобразования энергии или постепенно вытесняется.

YAG-лазер обычно относится к Nd. YAG-лазер (кристалл иттрий-алюминиевого граната, легированный рубидием) относится к полупроводниковый лазер.

Содержание атомов рубидия в кристалле составляет 0,6 ~ 1,1%, который может производить импульсный или непрерывный лазер, а излучаемый свет является инфракрасным с длиной волны 1,064 мкм.

Nd. YAG-лазер часто использует криптоновую или ксеноновую лампу в качестве лампы накачки, потому что только несколько определенных длин волн света накачки будут поглощены ионами Nd, а большая часть энергии будет преобразована в тепловую энергию.

Как правило, эффективность преобразования энергии YAG-лазера невысока.

Рис. 9 Простая структура Nd: YAG лазера

Простая структура Nd: YAG лазера

С развитием волоконного лазера YAG-лазер может быть постепенно заменен.

YAG лазер в основном используется в резки и процесс сварки в промышленности, но с развитием волоконного лазера, YAG лазер может быть постепенно заменен волоконным лазером.

В области резки, YAG лазер имеет низкую стоимость покупки и может резать высокие отражающие материалы, но он имеет низкую мощность обработки, высокий коэффициент потребления энергии и медленная резка скорость, в то время как волоконный лазер имеет высокую эффективность мощности, без настройки и обслуживания;

В области сварки, после появления квазинепрерывного волоконного лазера, он стал быстро заменять импульсный Nd: YAG лазер.

По сравнению с YAG-лазером, квази-CW волоконный лазер может обеспечить энергию импульса от нескольких джоулей до десятков джоулей при длительности импульса от микросекунды до миллисекунды.

Высокая средняя мощность и частота повторения импульсов значительно повышают скорость обработки и эффективность производства.

Это равносильно тому, что вы обладаете преимуществами бурение и сварки YAG-лазером, а также способность к резке CO2 лазера в одно и то же время.

Он имеет более широкий спектр применения.

Таблица 5. YAG-лазер против волоконного лазера

ЛазерYAG-лазерВолоконный лазер
Основной составЛампа накачки, Nd: YAG, резонансная системаПолупроводниковый насос, оптоволоконная резонансная система, система передачи
эффективность настенной вилки4%~5%О 30%
Угол обработкиНизкая стоимость приобретения, возможность резки материалов с высокой степенью отраженияВысокая мощность резки, высокая эффективность, высокая мощность в небольшом корпусе.
Перспектива затратЗрелые технологии относительно дешевыС постепенным развитием технологий потребление энергии становится все меньше.
Угол обслуживания Отсутствие оптических линз, регулировка и обслуживание не требуются

На данном этапе технология полупроводниковых лазеров все еще ограничена

Полупроводниковые лазерыЛазерные диоды, также известные как лазерные диоды, используют полупроводниковые материалы в качестве рабочего материала.

К распространенным рабочим материалам относятся арсенид галлия и сульфид кадмия.

Существует три режима возбуждения: электрическая инжекция, возбуждение электронным пучком и оптическая накачка.

Основными преимуществами полупроводниковых лазеров являются малый объем, низкая эффективность и высокое энергопотребление.

Они широко используются в лазерной связи, лазерной терапии и других областях.

Кроме того, полупроводниковые лазеры обычно используются в качестве источника накачки волоконных лазеров.

Если взять в качестве примера полупроводниковый лазер с электрической инжекцией, то для изготовления полупроводникового диода с поверхностным переходом к полупроводниковому материалу обычно добавляют GaAS (арсенид галлия), InAS (арсенид индия), Insb (антимонид индия) и другие материалы.

Когда в диод подается достаточно большой ток, электроны (отрицательно заряженные) и дырки (положительно заряженные) в средней активной области спонтанно соединяются и высвобождают избыточную энергию в виде фотонов.

Затем, после экранирования и усиления резонатора, формируется лазер.

Рис. 10 Схема простой структуры полупроводникового лазера

Схема простой структуры полупроводникового лазера

Прямой полупроводниковый лазер обладает очевидными характеристиками и широким спектром последующих применений.

Прямой полупроводниковый лазер имеет компактную структуру, низкую стоимость обслуживания и эффективность электрооптического преобразования до 47%. Он в основном используется в промышленности для сварки и наплавки.

Полупроводниковые лазеры малой мощности в основном используются для сварки пластика и олова.

Благодаря сварке по оптическому волокну на выходе реализуется бесконтактное дистанционное управление, что удобно для интеграции с автоматической производственной линией;

Прямой полупроводник киловаттного класса может использоваться для наплавки и аппаратной сварки.

Он обладает такими характеристиками, как большое световое пятно и высокая скорость электрооптического преобразования.

За пределами промышленности полупроводниковые лазеры также широко используются в военной, информационной, медицинской и медико-биологической сферах.

Таблица 6. Применение полупроводниковых лазеров прямого излучения

ПолеЗаявление о выделении участкаСценарий применения
ПромышленностьСваркаОбработка пластмасс, сварка оборудования
ОблицовкаСталь, аэрокосмическая промышленность
ВоенныеРадарЛидарная система, система автоматической идентификации и коррекции
Направляющая и взрывательНаведение лазерного луча, лазерная наводка и предупредительная наводка
ИнформацияСигнальная связьИсточник света для связи по оптическому волокну
Исследование информацииСпектральный анализ, оптические вычисления и оптическая нейронная сеть
Медицинское обслуживаниеКлиническая операцияРезекция мягких тканей и объединение тканей
Исследования в области биологических наукОптический пинцет

Полупроводниковые лазеры имеют потенциал для применения в обрабатывающей промышленности, но их возможности ограничены техническими недостатками.

Исследование показало, что прямой полупроводниковый лазер имеет большой потенциал применения для обработки материалов, скорость и качество резки у него выше, чем у волоконного и углекислотного лазеров.

Однако самым большим недостатком полупроводниковых лазеров является их низкое качество луча при высоких мощность лазера.

В настоящее время промышленные полупроводниковые лазеры ограничиваются лишь некоторыми видами обработки, например, гальваническим покрытием, пайка и все больше и больше мощной сварки.

Поэтому полупроводниковые лазеры вряд ли произведут революцию во всей области обработки материалов или заменят другие источники света в ближайшие несколько лет.

Таблица 7. Сравнение процессов резки прямым полупроводниковым лазером, волоконным лазером и углекислотным лазером

 Прямой полупроводниковый лазерВолоконный лазерУглекислотный лазер
Общая полоса( μ m)0.971.0710.6
Коэффициент электрооптического преобразования47%30%10%
Поглощающая способность металла0.971.0710.6
Резка листов скорость47%30%10%
Максимальная толщина резки (мм)151225
Качество резки (более 4 мм)вышевышеНижний
Качество выходного лучаСамый быстрыйБыстрееСамый медленный

Согласно приведенному выше анализу, мы считаем, что по сравнению с CO2 лазер и YAG лазер, волоконный лазер имеет очевидную стоимость и преимущества применения, или будет постепенно заменен.

В то же время полупроводниковые лазеры все еще ограничены техническими проблемами.

В настоящее время они имеют свои ограничения и вряд ли заменят другие источники света в ближайшие несколько лет.

Таким образом, существует широкое пространство для улучшения проницаемости волоконного лазера.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх