ما هو الليزر الليفي؟ التعريف، المميزات، المبادئ، الأنواع، والمزيد

ما هو الليزر الليفي؟

ليزر الألياف هو ليزر الحالة الصلبة الذي يستخدم الألياف الزجاجية المخصبة بعناصر أرضية نادرة كوسيط للكسب، ويتميز بكفاءة تحويل ضوئية عالية وبنية بسيطة وجودة شعاع جيدة. لقد أصبح التيار الرئيسي لتطوير تكنولوجيا الليزر والتطبيق الصناعي. نظرًا للبصمة الصغيرة للألياف الضوئية، يمكن استخدامه في مجموعة واسعة من المناسبات، وله معدل استخدام مرتفع في مجال التصنيع والمعالجة في المصب. تتمتع ليزرات الألياف بقدرة عالية على التكيف مع المعالجة ويمكن استخدامها في أي تطبيقات. بالإضافة إلى ذلك، فإن جودة الشعاع أفضل، مما يمكن أن يزيد من تأثير خفض التكلفة وتحسين الكفاءة لمؤسسات التصنيع.

مميزات الليزر الليفي

• يمكن ضخ مصدر الضوء LD عالي الطاقة ومنخفض السطوع المقابل في طيف امتصاص العناصر الأرضية النادرة من خلال هيكل الألياف المزدوج الغلاف لإخراج ليزر أحادي الوضع عالي السطوع.
• تصميم صغير ومرن، وكفاءة تحويل عالية، والعمل في ظروف قاسية مع نظام تبريد جيد.
• تم إنتاج عوارض ذات جودة جيدة وكفاءة تحويل عالية وعتبة منخفضة.
• يمكن تحقيق إخراج الليزر في نطاق 0.38-4um باستخدام عناصر أرضية نادرة مختلفة، واختيار الطول الموجي سهل وقابل للضبط، ونطاق الضبط واسع.
• درجة عالية من التوافق مع أنظمة الاتصالات البصرية الموجودة والاقتران الجيد.
• منخفضة التكلفة مع أجهزة الألياف البصرية والألياف البصرية، والتي يمكن أن تقلل إلى حد كبير من التكلفة الهيكلية.

التكوين والمبدأ

مثل الأنواع الأخرى من الليزر، يتكون ليزر الألياف من ثلاثة أجزاء: وسط الكسب، ومصدر المضخة، وتجويف الرنين. ويستخدم أليافًا نشطة مشوبة بعناصر أرضية نادرة في القلب كوسيط للكسب. وبشكل عام، يتم استخدام ليزر أشباه الموصلات كمصدر للمضخة. ويتكون تجويف الرنين بشكل عام من المرايا أو واجهات نهاية الألياف أو مرايا حلقات الألياف أو شبكات الألياف. وتكون عملية العمل المحددة على النحو التالي: في حالة العمل، تمتص الألياف النشطة (ألياف الكسب) الطاقة التي يوفرها مصدر المضخة، وتضخم ليزر الإخراج بعد تضخيمه بواسطة تجويف الرنين المكون من الألياف النشطة وشبكة الألياف.

مصدر البذور

يُعرف أيضًا باسم مصدر الإشارة، وهو هدف تضخيم الإشعاع في نظام تضخيم الليزر. يُستخدم الليزر الذي يُصدر إشارة منخفضة الطاقة كبذرة، مما يسمح لنظام التضخيم بالتضخيم وفقًا لحالة هذه البذرة.

الألياف البصرية النشطة

يتم استخدام الألياف النشطة كوسيلة كسب، ووظيفتها هي تحقيق تحويل الطاقة من ضوء المضخة إلى ضوء الإشارة لتحقيق التضخيم.

الألياف البصرية السلبية

الألياف الضوئية السلبية تحقق بشكل أساسي وظيفة نقل الضوء ولا تشارك في تحويل الطول الموجي. في أنظمة الليزر الليفي، توجد بشكل أساسي شبكات الألياف، وألياف المطابقة السلبية في عوازل الألياف، وألياف نقل الطاقة السلبية متعددة الأوضاع كبيرة النواة في مكونات نقل طاقة الليزر. في الوقت الحاضر، يمكن لمنتجات الألياف الضوئية السلبية للموردين المحليين تلبية احتياجات الإنتاج بشكل أساسي، ولا تزال كمية صغيرة فقط من الألياف الضوئية السلبية المستخدمة في المنتجات عالية الطاقة تحتاج إلى استخدام الألياف الضوئية المستوردة.

ألياف الليزر البصرية

مصدر المضخة

يمكن استخدامه كمصدر ضوء مباشر لليزر أشباه الموصلات الصناعية لإخراج ضوء الليزر، ويمكن استخدامه أيضًا كمصدر ضوء مضخة لتوفير ضوء مضخة عالي الطاقة وعالي السطوع لليزر الألياف.

مضخة مجمعة

يمكن ربط أشعة الليزر من مصادر المضخة المتعددة بالألياف الضوئية لتحقيق إنتاج ليزر مضخة ذو طاقة أعلى.

مجمع الطاقة

يمكنه فرض طاقة وحدات الليزر الليفي عالية الطاقة المتعددة، وهو الجهاز الأساسي لتحقيق إخراج الجمع بين شعاع الليزر متعدد الأوضاع.

شبكة الألياف

شبكة حيود تتكون من تعديل معامل الانكسار لقلب الألياف بشكل دوري محوريًا من خلال طريقة معينة. وهي تنتمي إلى جهاز ترشيح سلبي وهي أيضًا مكون ضروري للمرنان. وهي تحدد الطول الموجي الناتج وعرض النطاق الترددي لليزر، ويمكنها التحكم في وضع الليزر وجودة الشعاع.

رأس الليزر

إنه مكون مهم يمكنه تحقيق إخراج مرن لمسافات طويلة لليزر عالي الطاقة في موقع التطبيق، ومتوافق مع نظام التصنيع، بحيث يتم نقل الليزر الناتج عن الليزر إلى مادة المعالجة لإكمال تطبيق التصنيع بالليزر.

المعزل

يمكنه حماية الليزر بشكل فعال ومنع الضوء المرتد من إتلاف المكونات البصرية الأخرى بشكل فعال.

متجرد

يمكنه إزالة ضوء الكسوة في الليزر بشكل فعال، وحماية الأجهزة ذات الصلة، وتحسين جودة شعاع الليزر الناتج. يتم استخدام المغير الصوتي البصري بشكل أساسي داخل الرنان، ويعدل نبضة الليزر المطلوبة من خلال تقنية تعديل محرك التردد اللاسلكي. إنه مكون أساسي من ليزر الألياف النبضي Q-switched.

مطابقة الأنماط

يمكن للجهاز الأساسي المستخدم في توصيل نوعين مختلفين من الألياف الضوئية تقليل فقدان الاتصال بين أنواع مختلفة من الألياف الضوئية وتحسين مطابقة مجال وضع الليزر.

الأنواع والاستخدامات

وفقًا لطريقة العمل، هناك نوعان شائعان من ليزر الألياف: الليزر المستمر والليزر النبضي. ويمكن استخدامه في القطع واللحام والنقش والعلامات والتنظيف وغيرها من السيناريوهات.

الليزر المستمر

يصدر الليزر المستمر شعاعًا ضوئيًا بشكل مستمر، بقوة ذروة تبلغ 120 كيلو وات. يُستخدم في القطع واللحام واللحام باللحام والحفر. لا يزال الليزر شبه المستمر (QCW) نابضًا في جوهره، ولكن بعرض نبضة أطول وقوة ذروة تبلغ 23 كيلو وات، ويُستخدم في القطع واللحام بالقوس والحفر واللحام باللحام وإخماد المعادن (تحسين ليونة المعدن وتقليل مقاومة التيار المستمر)، وهو مناسب بشكل خاص لاستبدال ليزر YAG المضخوخ بالمصباح في تطبيقات اللحام النقطي واللحام بالدرز والحفر. يوجد تداخل معين مع الليزر المستمر قيد الاستخدام.

الليزر النبضي

يمكن تقسيم الليزر النبضي إلى ليزر نبضي نانوثانية وبيكو ثانية وفيمتوثانية. يتمتع ليزر النانو ثانية (عرض النبضة الأطول) بقوة ذروة تبلغ 1 ميجا واط في النقش والحفر والحفر ومعالجة السطح والتبريد والوسم. يستخدم ليزر النانو ثانية (عرض النبضة الأقصر للتشطيب الدقيق) للتبريد وقطع رقاقة السيليكون والزجاج. يتمتع ليزر بيكو ثانية (عرض النبضة يصل إلى مستوى بيكو ثانية) بقوة ذروة أكبر من 10 ميجا واط، والذي يستخدم في التسويد وقطع الياقوت والزجاج وقطع الخلايا الكهروضوئية وOLED. يتمتع ليزر الفيمتوثانية (عرض النبضة حتى مستوى الفيمتوثانية) بقوة ذروة أكبر من 29 ميجا واط، والذي يستخدم في قطع الصفائح المعدنية والحفر والمعالجة عالية الدقة وجراحة العيون.

تكاليف الليزر الليفي

آلة النقش بالليزر الليفي

يتراوح سعر آلة النقش والتصنيع باستخدام ألياف الليزر من $3,500 إلى $28,500 بناءً على قوى الليزر النبضية 20 واط، و30 واط، و50 واط، و60 واط، و70 واط، و100 واط.

قاطع ألياف الليزر

أ آلة قطع الألياف بالليزر تتراوح التكاليف من $14,200 إلى $260,000 بناءً على قوى الليزر المستمرة 1000 واط، و1500 واط، و2000 واط، و3000 واط، و4000 واط، و6000 واط، و8000 واط، و10000 واط، و12000 واط، و15000 واط، و20000 واط، و30000 واط، وحتى 40000 واط.

لحام ألياف الليزر

تتراوح أسعار آلة لحام الليزر بالألياف من $5,400 إلى $58,000 بناءً على أنواع مختلفة بما في ذلك اللحام المحمول (مسدس لحام الليزر المحمول)، اللحام الأوتوماتيكي (وحدة التحكم CNC)، اللحام الروبوتي بقوة ليزر مستمرة تبلغ 1000 واط، 1500 واط، 2000 واط، و3000 واط.

منظف ألياف الليزر

يتراوح متوسط السعر المدفوع مقابل جهاز تنظيف ألياف الليزر الجديد من $5,000 إلى $19,500 بناءً على قوى الليزر النبضية 50 واط، 100 واط، 200 واط، 300 واط، وقوى الليزر المستمرة 1000 واط، 1500 واط، 2000 واط، 3000 واط.