Что такое волоконный лазер? Определение, характеристики, принципы, типы и многое другое

Что такое волоконный лазер?

Волоконный лазер это твердотельный лазер, который использует в качестве среды усиления легированное редкоземельными элементами стекловолокно, которое отличается высокой эффективностью фотоэлектрического преобразования, простой структурой и хорошим качеством луча. Он стал основным направлением развития лазерных технологий и промышленного применения. Благодаря небольшому размеру оптического волокна его можно использовать в самых разных случаях, и он имеет высокий уровень использования в области производства и обработки. Волоконные лазеры обладают высокой адаптивностью к обработке и могут использоваться в любых приложениях. Кроме того, качество луча лучше, что может максимизировать эффект снижения затрат и повышения эффективности для производственных предприятий.

Характеристики волоконного лазера

• Соответствующий высокомощный источник света низкой яркости LD в спектре поглощения редкоземельных элементов может прокачиваться через структуру волокна с двойной оболочкой для получения на выходе одномодового лазера высокой яркости.
• Компактная и гибкая конструкция, высокая эффективность преобразования, работа в тяжелых условиях с хорошей системой охлаждения.
• Произведенные балки отличаются хорошим качеством, высокой эффективностью преобразования и низким порогом.
• Выход лазера в диапазоне 0,38–4 мкм может быть реализован с использованием различных редкоземельных элементов, выбор длины волны прост и настраиваем, а диапазон настройки широк.
• Высокая степень соответствия существующим системам оптической связи и хорошее сопряжение.
• Низкая стоимость за счет использования оптоволоконных устройств и оптических волокон, что может значительно снизить стоимость конструкции.

Состав и принцип

Как и другие типы лазеров, волоконный лазер состоит из трех частей: среды усиления, источника накачки и резонансной полости. В качестве среды усиления он использует активные волокна, легированные редкоземельными элементами в сердечнике. Обычно в качестве источника накачки используется полупроводниковый лазер. Резонансная полость обычно состоит из зеркал, торцов волокон, зеркал волоконных контуров или волоконных решеток. Конкретный рабочий процесс выглядит следующим образом: в рабочем состоянии активное волокно (волокно усиления) поглощает энергию, предоставляемую источником накачки, усиливает выходной лазер после усиления резонансной полостью, состоящей из активного волокна и волоконной решетки.

Источник семян

Также известный как источник сигнала, он является объектом усиления излучения в системе лазерного усиления. Лазер, генерирующий маломощный сигнал, используется в качестве «затравки», позволяя системе усиления усиливать излучение в соответствии с состоянием этой «затравки».

Активное оптическое волокно

Активное волокно используется в качестве усиливающей среды, и его функция заключается в реализации преобразования энергии из света накачки в сигнальный свет для достижения усиления.

Пассивное оптическое волокно

Пассивное оптическое волокно в основном реализует функцию передачи света и не участвует в преобразовании длины волны. В волоконных лазерных системах в основном используются волоконные решетки, пассивные согласующие волокна в волоконных изоляторах и пассивные многомодовые волокна передачи энергии с большой жилой в компонентах передачи лазерной энергии. В настоящее время пассивные оптоволоконные продукты отечественных поставщиков в основном могут удовлетворить потребности производства, и только небольшое количество пассивного оптоволокна, используемого для продуктов сверхвысокой мощности, по-прежнему нуждается в использовании импортного оптического волокна.

Волоконно-лазерная оптика

Источник насоса

Его можно использовать в качестве прямого источника света для промышленных полупроводниковых лазеров, чтобы выводить лазерное излучение, а также в качестве источника света накачки для обеспечения мощного и яркого света накачки для волоконных лазеров.

Насосный комбайнер

Лазеры нескольких источников накачки могут быть объединены в оптическое волокно для достижения более высокой выходной мощности лазера накачки.

Объединитель энергии

Он может накладывать энергию нескольких высокомощных волоконных лазерных модулей и является основным устройством для реализации многорежимного совмещения выходного лазерного луча.

Волоконно-оптическая решетка

Дифракционная решетка, образованная путем аксиально-периодической модуляции показателя преломления сердцевины волокна определенным методом. Она относится к пассивному фильтрующему устройству и также является необходимым компонентом резонатора. Она определяет выходную длину волны и полосу пропускания лазера, а также может управлять модой лазера и качеством луча.

Лазерная головка

Это важный компонент, который может реализовать гибкую передачу мощного лазерного излучения на большие расстояния на месте применения и совместим с системой обработки, так что генерируемый лазером лазер передается на обрабатываемый материал для завершения процесса лазерной обработки.

Изолятор

Он может эффективно защитить лазер и предотвратить повреждение других оптических компонентов отраженным светом.

Стриптизерша

Он может эффективно обрезать свет оболочки в лазере, защищать связанные устройства и улучшать качество выходного лазерного луча. Акустооптический модулятор в основном используется внутри резонатора и модулирует требуемый лазерный импульс с помощью технологии модуляции радиочастотного привода. Это компоненты ядра импульсного волоконного лазера с модуляцией добротности.

Сопоставитель шаблонов

Основное устройство, используемое для соединения двух различных типов оптических волокон, позволяет минимизировать потери соединения различных типов оптических волокон и оптимизировать согласование модового поля лазерного режима.

Типы и применение

В зависимости от режима работы, существует два наиболее часто используемых типа волоконных лазеров: непрерывный лазер и импульсный лазер. Его можно использовать при резке, сварке, гравировке, маркировке, очистке и других сценариях.

Непрерывный лазер

Непрерывный лазер непрерывно излучает световой луч с пиковой мощностью 120 кВт. Он используется при резке, сварке, пайке, сверлении. Полунепрерывный лазер (QCW) по сути все еще импульсный, но с большей шириной импульса и пиковой мощностью 23 кВт, который используется при резке, дуговой сварке, сверлении, пайке, закалке металла (улучшение пластичности металла, снижение сопротивления постоянному току), особенно подходит для замены YAG-лазеров с ламповой накачкой при точечной сварке, сварке швов и сверлении. Существует определенное совпадение с непрерывным лазером в использовании.

Импульсный лазер

Импульсные лазеры можно разделить на наносекундные, пикосекундные, фемтосекундные импульсные лазеры. Наносекундный лазер (более длинная длительность импульса) имеет пиковую мощность 1 МВт при скрайбировании, травлении, сверлении, обработке поверхности, закалке, маркировке. Наносекундный лазер (более короткая длительность импульса для микрообработки) используется для закалки, резки кремниевых пластин и стекла. Пикосекундный лазер (ширина импульса достигает пикосекундного уровня) имеет пиковую мощность более 10 МВт, что используется для чернения, резки сапфира и стекла, фотоэлектрической и OLED-резки. Фемтосекундный лазер (ширина импульса до фемтосекундного уровня) имеет пиковую мощность более 29 МВт, что используется для резки листового металла, сверления, высокоточной обработки и офтальмологической хирургии.

Стоимость волоконного лазера

Волоконный лазерный гравер

Стоимость станка для гравировки и изготовления на основе волоконного лазера составляет от $3,500 до $28,500 в зависимости от мощности импульсного лазера 20 Вт, 30 Вт, 50 Вт, 60 Вт, 70 Вт и 100 Вт.

Волоконный лазерный резак

А станок для резки волоконным лазером стоит от $14,200 до $260,000 в зависимости от мощности непрерывного лазера 1000 Вт, 1500 Вт, 2000 Вт, 3000 Вт, 4000 Вт, 6000 Вт, 8000 Вт, 10000 Вт, 12000 Вт, 15000 Вт, 20000 Вт, 30000 Вт и до 40000 Вт.

Волоконный лазерный сварочный аппарат

Стоимость сварочного аппарата с волоконным лазером колеблется от $5,400 до $58,000 в зависимости от типа, включая портативный (ручной лазерный сварочный пистолет) сварочный аппарат, автоматический (контроллер ЧПУ) сварочный аппарат, роботизированный сварочный аппарат с непрерывной мощностью лазера 1000 Вт, 1500 Вт, 2000 Вт и 3000 Вт.

Волоконный лазерный очиститель

Средняя цена нового аппарата для очистки волоконным лазером составляет от $5 000 до $19 500 в зависимости от мощности импульсного лазера 50 Вт, 100 Вт, 200 Вт, 300 Вт и мощности непрерывного лазера 1000 Вт, 1500 Вт, 2000 Вт, 3000 Вт.