Ontdek meer dan 10 soorten lasers voor verschillende toepassingen

Fiber lasers hebben een breed scala aan toepassingen en de onderverdelingstypes kunnen aan speciale behoeften voldoen.

Er zijn veel classificatiemethoden voor fiberlaserswaarvan de meest voorkomende zijn ingedeeld naar werkmodus, bandbereik en medium-gedoteerde zeldzame aardelementen.

Lasers worden meestal genoemd naar een of twee van deze drie categorieën.

De YLM-QCW-serie van IPG wordt bijvoorbeeld vertaald naar quasi continue ytterbium-gedoopte vezellasers.

Vezellasers hebben een breed scala aan toepassingen.

Verschillende onderverdeelde lasers hebben verschillende kenmerken en geschikte toepassingsgebieden.

De midden-infraroodband is bijvoorbeeld veilig voor menselijke ogen en kan sterk worden geabsorbeerd in water. Het is een ideale medische laserbron;

Erbium gedoteerde vezel kan het venster van optische vezelcommunicatie openen vanwege de geschikte golflengte, die op grote schaal wordt gebruikt op het gebied van optische vezelcommunicatie;

Vanwege de zichtbaarheid is groene laser essentieel in entertainment en projectie.

Fig. 1 Toepassingsdiagram van laseronderverdeling en classificatie overeenkomstig relevante industrieën

Het piekvermogen van pulslaser is hoog en de verwerkingssnelheid van quasi continue laser is snel.

Op basis van de werkmodus kunnen vezellasers worden onderverdeeld in mode-locked vezellasers, Q-switched vezellasers, quasi continue vezellasers en continue vezellasers.

De technische benaderingen om gepulste fiberlaser te realiseren omvatten voornamelijk Q-switchingtechnologie, modusvergrendelingstechnologie en MOPA-technologie (Main Oscillation Power Amplification).

Modusvergrendelingstechnologie kan het volgende bereiken femtoseconde of picoseconde pulsuitgang en het piekvermogen van de puls is hoog, meestal in de orde van megawatts, maar het gemiddelde vermogen van de uitvoerpuls is laag;

• Geschakelde fiberlaser kan pulslaser verkrijgen met een pulsbreedte van nanoseconden, een piekvermogen van kilowatt en een pulsenergie van megajoule.
• De pulsbreedte van quasi continue laser is microseconden en de continue laser wordt continu voorzien van energie door de pompbron om gedurende lange tijd laseroutput te produceren.

Fig. 2 Werkmodus en pulsbreedte van fiberlaser

CW fiberlaser is het belangrijkste product van hoogvermogenlaser.

De laseruitgang van CW-laser is continu, wat veel wordt gebruikt op het gebied van lasersnijdenlassen en bekleden.

De laserpompbron levert continu energie en produceert laseroutput voor een lange tijd, om zo een continue laser te verkrijgen.

Het aantal deeltjes in elk energieniveau en het stralingsveld in de holte hebben een stabiele verdeling.

Het werkkenmerk is dat de excitatie van werkmateriaal en bijbehorende laseroutput continu kan worden uitgevoerd in een lang tijdsbereik.

De fiberlaser die wordt aangeslagen door een continue lichtbron is een continue fiberlaser.

Vergeleken met andere soorten laserscontinue vezellasers kunnen een relatief hoog vermogen bereiken. IPG heeft een singlemode 20000 watt continue fiberlaser geproduceerd, die vaak wordt gebruikt op het gebied van lasersnijden, lassen en cladden.

De quasi CW fiberlaser kan in twee modi werken, wat de verwerkingssnelheid aanzienlijk kan verbeteren

Quasi CW-laser kan tegelijkertijd werken in continue en pulsmodus met hoog piekvermogen.

Volgens de officiële website van IPG zijn het piekvermogen en het gemiddelde vermogen van traditionele CW-laser altijd hetzelfde in CW en CW/modulatiemodus, terwijl het piekvermogen van quasi CW-laser in pulsmodus 10 keer hoger is dan het gemiddelde vermogen.

Daarom kunnen microseconde- en millisecondepulsen met hoge energie worden gegenereerd bij herhalingsfrequenties van tientallen hertz tot duizenden hertz en kunnen gemiddelde vermogens en piekvermogens van enkele kilowatts worden gerealiseerd.

Quasi CW fiberlaser zorgt voor een hogere elektro-optische omzettingsefficiëntie en een aanzienlijke verbetering van de verwerkingssnelheid en productie-efficiëntie.

Vergeleken met andere lasersystemen, quasi CW fiber laser kan tien keer van foto-elektrische omzetting efficiëntie toename, en kan meer dan 30% elektro-optische omzetting efficiëntie te bereiken onder passieve koeling schema.

Door het hoge gemiddelde vermogen en de pulsherhalingssnelheid is de verwerkingssnelheid 3-4 keer hoger dan die van de meeste lasers.

De aanzienlijk lagere stroomkosten, het ontbreken van verbruiksartikelen en reserveonderdelen, de lage onderhoudsbehoefte en het feit dat er geen voorverwarmingstijd nodig is, zullen leiden tot kostenoptimalisatie.

Gepulseerde fiberlaser kan energie comprimeren en piekvermogen afgeven.

Gepulseerde fiber lasers zijn onderverdeeld in Q-switched fiber lasers en mode-locked fiber lasers.

Q-switching technologie comprimeert de laserenergie in een kort tijdsinterval om een laseruitgang met hoog piekvermogen en smalle pulsbreedte te vormen.

Het principe van Q-switching is het toevoegen van een apparaat in de laser dat het verlies regelt.

In de meeste tijdzones is het verlies van de laser erg groot en is er bijna geen lichtopbrengst.

Verminder in korte tijd het verlies van het apparaat, zodat de laser een korte puls met hoge intensiteit kan afgeven.

Q-switch is de kern van Q-switched technologie, die Q-switched fiberlaser op een actieve of passieve manier kan realiseren.

Q-switched puls fiberlaser heeft de kenmerken van hoog piekvermogen, hoge enkele pulsenergie en optionele spotdiameter.

Het wordt wijd gebruikt in het merken, precisieverwerking, het grafische merken, diepe gravure, het knipsel van de bladprecisie, het boren en andere gebieden van niet-metaal, goud, zilver, koper, aluminium en niet-hoge bezinning materiaal roestvrij staal.

In vergelijking met CO₂ laser, zijn de kosten lager en de prestaties stabieler.

Mode locked pulse fiberlaser genereert ultrakorte pulsen door actieve of passieve modusvergrendeling.

Beperkt door de reactietijd van de modulator is de pulsbreedte die wordt gegenereerd door actieve modusvergrendeling groot, over het algemeen in de orde van picoseconden;

Passieve modusvergrendeling maakt gebruik van passieve modusvergrendelingsapparaten met een korte reactietijd en kan femtoseconde pulsen produceren.

Het korte principe van modusvergrendeling is het nemen van geschikte maatregelen om de onderling onafhankelijke longitudinale modi in de resonator een bepaalde relatie in fase te laten hebben.

Zelfs als het faseverschil van aangrenzende longitudinale modi constant is, zal de laser pulsen uitzenden met een extreem smalle pulsbreedte en hoog piekvermogen.

Mode locked pulslaser heeft de voordelen van uitstekende straalkwaliteit, ultrakorte pulsbreedte en hoge pulsenergie.

Het is geschikt voor microbewerken van diverse materialen, waaronder metaal, glas, keramiek, silicium en kunststoffen.

Op medisch gebied worden modusvergrendelde lasers ook gebruikt in laserscalpels of oogchirurgie.

Fotochemische effecten worden bijvoorbeeld ook gebruikt voor sommige huidverzorgingsproducten.

Vanwege de kenmerken van een korte puls en een hoog piekvermogen worden modusvergrendelde lasers veel gebruikt in verschillende methoden voor beeldvorming, microscopie en spectroscopie.

Ze worden ook gebruikt op het gebied van elektro-optische bemonsteringsmeting, afstandsmeting, frequentiemeting en timing op geïntegreerde elektronische schakelingen.

Nabij infrarood licht is het meest gangbare, en groen licht en ver infrarood licht hebben hun eigen kenmerken.

De laser die direct door vezellaser wordt uitgevoerd, is meestal nabij-infrarood licht met een golflengte tussen 960 nm en 2,05 nm.

Volgens de golflengtevolgorde van kort naar lang, omvat de lasercategorie alle soorten lasers van röntgenstralen tot ver infrarood, met golflengten van 0,001 nm tot 1000 micron.

De laser die rechtstreeks door vezellaser wordt geproduceerd, bevindt zich voornamelijk in het nabij-infrarode deel.

Om aan de behoeften van verschillende toepassingen te voldoen, kunnen vezellasers echter zichtbaar licht uitzenden door middel van frequentieverdubbeling en de belangrijkste toepassing is groen licht;

Gemiddeld infrarood licht kan worden geproduceerd door fluoride in de optische vezel te dopen.

Fig.3 Lijst van verschillende golflengtes van optische vezels

Tabel 1. Lasers per golflengte

Midden-infrarood fiberlaser is veilig voor menselijke ogen en is een ideale medische laserbron.

De golflengte van midden-infrarood laser is voornamelijk ongeveer 23 micron tot 3,9 micron, die fluoride glasvezel medium gedoteerd met zeldzame aardionen nodig heeft om te exciteren.

Uit het fluorescentiespectrum gegenereerd door de infrarode overgang van fiberlaser in de onderstaande figuur, kan worden gezien dat holmium-gedoteerd ion (Ho3 +) en erbium-gedoteerd ion (Er3 +) direct kunnen worden gegenereerd door te worden geëxciteerd onder de juiste mediumcondities.

Fluoride glasvezellaser heeft een hoog rendement en uitgangsvermogen in de band van 2,3 ~ 3,5μm, terwijl de golflengte meer dan 3,5μm is.

Er zijn maar heel weinig materialen die kunnen voldoen aan de lage fononenergie die nodig is voor optische vezeltransmissie en zeldzame aardionovergangsstraling.

Single gedoteerde Ho3 + fluoride fiber laser produceert 3.9μm band laser bij lage temperatuur, dat is de langste golflengte van directe output op dit moment.

Fig.4 Relatie tussen maximaal uitgangsvermogen en emissiegolflengte van verschillende zeldzame aardionen fiberlasers

Door zijn golflengte-eigenschappen kan de midden-infraroodlaser het atmosferische venster openen en wordt hij veel gebruikt in lasergeleiding, positionering en meting.

In militaire aangelegenheden vereist de toepassing van gerichte energie van laser en lange-afstandstransmissie door atmosferisch transmissievenster sterke stralingsenergie.

Bij de tegenmaatregelen tegen infrarode raketten kan de midden-infraroodlaser het atmosferische transmissievenster van de 3 ~ 5μm band bereiken.

De medium infrarode fiberlaser met enkele kilowatts single-mode output kan verder op grote schaal worden gebruikt in oorlogsplatforms voor de nationale defensie, zoals antikruisraketten, raketgeleiding en UAV luchtruimverkenning.

Midden-infrarood vezellaser wordt veel gebruikt in de medische sector vanwege de sterke richtingsgevoeligheid en de veiligheid voor het menselijk oog.

De band van midden-infrarood laser is veilig voor menselijke ogen en kan sterk worden geabsorbeerd in water.

Door de sterke richtingsgevoeligheid van de laser kan de weefseldiepte ondiep zijn en kan het gebied met fysieke schade zeer klein zijn bij laserchirurgie, zodat een hoge precisie kan worden bereikt.

In de moderne geneeskunde maakt de midden-infraroodlaser bij medische toepassingen voornamelijk gebruik van het fotothermische effect om zieke weefsels te behandelen of te ableren.

Het wordt veel gebruikt in de orthopedie, gastro-enterologie en urologie.

Het is een ideale medische laserlichtbron geworden voor het ableren en snijden van urineweefsel, stomen en verwijderen van defecte organen.

Bij het snijden van weefsel dat rijk is aan lipiden, botten en eiwitten zal het gebruik van een midden-infraroodlaser kleine schade veroorzaken.

Groene vezellaser heeft een hoge spectrale helderheid en omzettingsefficiëntie van 84%

Vezellaser kan groen licht produceren door frequentieverdubbeling.

Hoewel de frequentieverdubbelde groene fiberlaser geen groene fiberlaser in strikte zin is, omdat het activeringsmedium de 532 nm laserstraal niet direct vrijgeeft, biedt dit type fiberlaser een smal bereik van pulsduur en herhalingsfrequentie tot 600 kHz.

De laserbron met hoge spectrale helderheid bevordert efficiënte conversie en realiseert 84% conversie-efficiëntie en meer dan 20% elektro-optische conversie-efficiëntie. 

Het is haalbaar om te upgraden naar hoog vermogen bij 355 en 266 nm.

Groene laser wordt veel gebruikt in drukkerijen, medische behandelingen, gegevensopslag, militaire toepassingen, biologie en andere gebieden.

De groene vezellaser van IPG kan bijvoorbeeld worden gebruikt in deeltjesbeeldvorming, snelheidsmeting / stroomvisualisatie, beelddiagnose en -chirurgie, optisch vangen / optisch pincet, zonnecelproductie, productie-inspectie & kwaliteitscontrole, holografie en interferometrie, amusement en projectie, enz.

Ytterbium-gedoteerde vezels zijn dominant en erbium-gedoteerde thulium-gedoteerde vezels hebben hun eigen werkgolflengte.

De fiberlaser maakt voornamelijk gebruik van vezels gedoteerd met zeldzame aardelementen als het versterkingsmedium, en verschillende zeldzame aardelementen komen overeen met verschillende werkgolflengtes.

Gedoteerde vezel is het toevoegen van onzuiverheden, zoals zeldzame aardionen, in de vezelkern, wat leidt tot vezelmodificatie en laser effect laat zien.

Het werkingsprincipe is dat het pomplicht eerst via het koppelingssysteem wordt gekoppeld aan het met zeldzame aardionen gedoteerde versterkingsmedium, waarna de zeldzame aardionen in de gedoteerde kern de energie van het pompfoton absorberen en een energieniveau-overgang veroorzaken.

Zeldzame aardionen zoals erbium (Er3 +), praseodymium (Pr3 +), thulium (Tm3 +), neodymium (Nd3 +) en ytterbium (Yb3 +) kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt als doteermiddel om optische vezels te maken en vervolgens gedoteerde vezelversterker (XDFA) en vezellaser (XDFL).

Verschillende zeldzame aardelementen werken in verschillende golflengtebereiken, maar ze bevinden zich in het nabije infraroodbereik.

Fig. 5 Werkgolflengten van zeldzame aardionen in vaak gedoteerde kernen.

Ytterbium gedoteerde fiberlaser is de leidende kracht in de laserindustrie.

Ytterbium gedoteerde fiberlaser heeft zich snel ontwikkeld vanwege de hoge stabiliteit, goede straalkwaliteit en hoge hellingshoekefficiëntie.

Ytterbium gedoteerde vezel heeft veel voordelen.

De fiber laser ontwikkeld door ytterbium gedoteerde vezel heeft een hoge helling efficiëntie en optische optische conversie-efficiëntie, en kan een hoog vermogen laseruitgang in 1m band.

Daarom heeft het veel aandacht getrokken en zich snel ontwikkeld.

Het is de belangrijkste leidende kracht in de laserindustrie geworden en heeft goede toepassingsvooruitzichten in industriële verwerking, medische behandeling, nationale defensie en andere gebieden.

De meeste laserproducten van Ruike laser gebruiken ytterbium gedoteerde vezels.

Tabel 2. Vergelijking van de belangrijkste spiegel-gedoteerde optische vezelproducten van binnenlandse en buitenlandse bedrijven

Ytterbium gedoteerde fiber lasers worden voornamelijk gebruikt in continue lasers en puls Q-switched lasers.

Door de eenvoudige energieniveaustructuur van het ytterbiumion en het kleine deeltjesverlies heeft de laser een hoge omzettingsefficiëntie en een laag thermisch effect bij een hoog vermogen en is de versterkingsbandbreedte groot (975 nm ~ 1200 nm).

Tegelijkertijd is de levensduur van ytterbium-ionen op het bovenste niveau relatief lang, meestal ongeveer 1 milliseconde.

Deze factoren zijn bevorderlijk voor Q-switching technologie.

Daarom is ultrakorte pulsuitgang gerealiseerd in pulslaser.

Bij CW-lasers heeft het uitgangsvermogen van ytterbium-gedoopte fiberlaser de orde van 10000 watt bereikt.

Erbium gedoteerde fiber laser is een unieke optische vezel communicatie venster

Erbium gedoteerde fiberlaser heeft de kenmerken van een veilige golflengte en ultrahoge pulsenergie. Erbium gedoteerde fiberlaser kan single-mode werking realiseren, met extreem smalle lijnbreedte, goede monochromaticiteit en stabiliteit.

Erbium ion heeft een brede gain bandbreedte, die de multimode oscillatie in de laserholte kan verergeren, om zo ultrakorte puls laser te realiseren.

Vanwege de unieke eigenschappen voor de veiligheid van het menselijk oog ("veiligheid voor het menselijk oog" verwijst naar het feit dat de laser met een golflengte van 1,5 μm aanzienlijk lager is dan de drempelwaarde voor schade aan het menselijk oog), heeft het een breed scala aan praktische toepassingen op het gebied van optische communicatie in de vrije ruimte, lidar, omgevingsdetectie, kalibratie van werkstukken en industriële verwerking.

Erbium gedoteerde vezel wordt veel gebruikt op het gebied van optische vezelcommunicatie vanwege de geschikte golflengte.

Omdat erbium-gedoteerde vezels een hoge versterking hebben bij een golflengte van 1550 nm, komt het versterkingsspectrumprofiel van ongeveer 40 nm overeen met het beste venster met weinig verlies in optische vezelcommunicatie, wat een potentiële toepassingswaarde heeft.

Thulium gedoteerde fiberlaser kan de absorptiekenmerken van waterige materialen verbeteren

Thulium gedoteerde fiberlaser heeft de kenmerken van een lage drempel, hoog rendement en goede straalkwaliteit.

Thulium gedoteerde fiber laser is het onderzoek hotspot van fiber laser op het gebied van veilige golflengte voor menselijke ogen, en thulium gedoteerde fiber laser kan werken in S-band (150 - 75mm).

Het speelt een zeer belangrijke rol bij het ontwikkelen van de frequentieruimte van potentiële communicatiebronnen en het verbeteren van de capaciteit van optische vezelcommunicatiesystemen.

Q-switched en continue thulium-gedoopte fiberlasers hebben zich de afgelopen jaren ontwikkeld tot hogere gemiddelde vermogens.

Nu kan een aantal leveranciers commerciële pulslasers leveren met een gemiddeld vermogen van 10W.

Thulium doped fiber laser wordt veel gebruikt in laser medische behandeling, lidar, ruimte licht remote sensing en andere gebieden.

De uitgangsgolflengte van thulium gedoteerde fiberlaser is ongeveer 2 μm.

De sterke absorptieband van vloeibaar water is ongeveer 1950 nm, wat dicht bij de golflengte van standaard Thulium fiberlaser ligt, zodat de absorptiekenmerken aanzienlijk worden verbeterd.

Water komt over het algemeen voor in veel organische en anorganische verbindingen, wat betekent dat een groot aantal materialen de absorptiekenmerken in het 2μm spectraal bereik verbetert.

Daarom wordt thulium gedoteerde fiberlaser beschouwd als een ideale lichtbron voor geneeskunde, oogveiligheid, ultrasnelle optica, korte afstand remote sensing en biologie, en heeft het een goed ontwikkelingsperspectief.

Tegelijkertijd heeft de thulium gedoteerde fiberlaser in de geneeskunde ook vele toepassingen, waaronder versnelde verdamping, ultrafijne snijtechnologie en coagulatie hemostase in de geneeskunde.

Hoog vermogen thulium gedoteerde fiber laser kan niet alleen worden gebruikt voor de veilige golflengte van de menselijke ogen en lidar lichtbron, maar ook worden gebruikt als de pomp bron van solid-state kristal laser om verder te realiseren van de uitgang van infrarood laser met een langere golflengte.

Fig. 6 Absorptiekarakteristieken van vloeibaar water bij verschillende golflengten

Vezellaser heeft uitstekende prestatievoordelen en een duidelijk vervangingseffect.

Kooldioxydelaser heeft een laag lichtomzettingsrendement en hoge kosten.

Kooldioxydelaser is een soort moleculaire laser.

Het is een van de veelgebruikte CW-lasers met hoog vermogen.

Het belangrijkste materiaal is een kooldioxidemolecuul.

De hoofdstructuur van CO₂ laser bestaat uit een laserbuis, optische resonator, voeding en pomp.

Het belangrijkste kenmerk is dat het uitgangsvermogen groot is en er continu gewerkt kan worden, maar de structuur is complex, het volume is groot en het onderhoud is moeilijk.

Fig. 7 Kooldioxidelaserstructuur

Deeltjesaantalinversie is de sleutel tot de luminescentie van kooldioxidelaser.

De werkende stoffen in de kooldioxidelaser zijn kooldioxide, stikstof en helium. Nadat de gelijkstroomvoeding is ingevoerd, worden de stikstofmoleculen in het gemengde gas geëxciteerd door elektronenimpact.

Wanneer de geëxciteerde stikstofmoleculen botsen met kooldioxidemoleculen, dragen ze energie over aan kooldioxidemoleculen, zodat de kooldioxidemoleculen overgaan van een laag energieniveau naar een hoog energieniveau om een deeltjesaantalomkering te vormen en laser uit te zenden.

Fig.8 Schematisch diagram van het emissieproces van kooldioxidelaser

Optische vezel en kooldioxydelaser hebben hun eigen voordelen, dus verschillende gereedschappen moeten worden geselecteerd op basis van verschillende behoeften.

Van de snijtechnologie die momenteel veel wordt gebruikt, zijn fiberlaser en CO₂ laser hebben hun eigen voor- en nadelen met betrekking tot specifieke toepassingsvereisten.

Ze kunnen elkaar niet volledig vervangen, maar moeten elkaar aanvullen en naast elkaar bestaan.

Als het gaat om het verwerken van materiaaltypen, zijn fiberlasers vanwege het absorptie-effect niet geschikt voor het snijden van niet-vezels.metaalachtige materialenterwijl conventionele CO₂ lasers zijn niet geschikt voor het snijden van materialen met een hoog reflectievermogen zoals koper en aluminium;

In termen van snijsnelheid, CO₂ heeft voordelen bij platen met een dikte > 6 mm, terwijl de fiberlaser de platen sneller snijdt;

Het werkstuk moet geperforeerd worden voor het lasersnijden en de perforatiesnelheid van CO₂ is aanzienlijk sneller dan die van vezellaser;

Wat de kwaliteit van het snijgedeelte betreft, is CO₂ laser is beter dan fiberlaser als geheel.

Tabel 3. Vergelijking tussen fiberlaser en kooldioxidelaser

Vezellaser heeft een hogere lichtomzettingsefficiëntie en lagere kosten.

Volgens de berekening, de gebruikskosten van fiber laser is 23,4 yuan / uur, het gebruik kosten van kooldioxide laser is 39,1 yuan / uur, waaronder het vermogen kosten van fiber laser is 7 yuan / uur, het water koeling kosten is 8,4 yuan / uur, en andere kosten zijn 8 yuan / uur;

De stroomkosten van een kooldioxydelaser zijn 21 yuan per uur, de waterkoelingskosten zijn 12,6 yuan per uur en andere kosten zijn 5,5 yuan per uur.

Tabel 4. Kostenvergelijking tussen fiberlaser en kooldioxidelaser

YAG-laser heeft een laag energieomzettingsrendement of wordt geleidelijk vervangen.

YAG laser verwijst over het algemeen naar Nd. YAG laser (rubidium gedoteerd yttrium aluminium granaat kristal) behoort tot vastestoflaser.

De inhoud van rubidiumatomen in het kristal is 0,6 ~ 1,1%, die gepulseerde laser of continue laser kan produceren, en het uitgezonden licht is infrarood met een golflengte van 1,064μm.

Nd. YAG-laser gebruikt vaak een krypton- of xenonlamp als pomplamp, omdat slechts een paar specifieke golflengtes van het pomplicht worden geabsorbeerd door Nd-ionen en het grootste deel van de energie wordt omgezet in warmte-energie.

Over het algemeen is de energieconversie-efficiëntie van YAG-laser laag.

Fig. 9 Eenvoudige structuur van Nd: YAG laser

Met de ontwikkeling van fiberlaser kan YAG-laser geleidelijk worden vervangen.

YAG laser wordt voornamelijk gebruikt bij het snijden en lasproces in de industrie, maar met de ontwikkeling van fiberlaser kan YAG-laser geleidelijk worden vervangen door fiberlaser.

Op het gebied van snijden heeft de YAG-laser lage aanschafkosten en kan hij materialen met een hoge reflectie snijden, maar hij heeft een laag verwerkingsvermogen, een hoge energieverbruiksratio en langzaam snijden snelheid, terwijl fiberlaser een hoge energie-efficiëntie, geen aanpassing en onderhoud heeft;

Op het gebied van lassen, na de opkomst van quasi continue fiber laser, begon het snel te vervangen gepulste Nd: YAG laser.

Vergeleken met YAG-laser kan quasi CW fiberlaser pulsenergie leveren van enkele joules tot tientallen joules onder de pulsbreedte van microseconde tot milliseconde.

Het hoge gemiddelde vermogen en de pulsherhalingsfrequentie verbeteren de verwerkingssnelheid en de productie-efficiëntie aanzienlijk.

Het staat gelijk aan het hebben van de voordelen van boren en lassen van YAG-laser en het snijvermogen van CO₂ laser op hetzelfde moment.

Het heeft een breder toepassingsgebied.

Tabel 5. YAG-laser vs. vezellaser

Op dit moment zijn er nog beperkingen in de halfgeleiderlasertechnologie

Halfgeleiderlasersook bekend als laserdiodes, gebruiken halfgeleidermaterialen als werkmateriaal.

Gangbare werkmaterialen zijn galliumarsenide en cadmiumsulfide.

Er zijn drie excitatiemodi: elektrische injectie, excitatie met elektronenbundels en optisch pompen.

De belangrijkste voordelen van halfgeleiderlasers zijn het kleine volume, de lage efficiëntie en het hoge energieverbruik.

Ze worden veel gebruikt in lasercommunicatie, lasertherapie en andere gebieden.

Bovendien worden halfgeleiderlasers meestal gebruikt als de pompbron van vezellasers.

Als we de elektrische injectiehalfgeleiderlaser als voorbeeld nemen, worden GaAS (galliumarsenide), InAS (indiumarsenide), Insb (indiumantimonide) en andere materialen meestal toegevoegd aan het halfgeleidermateriaal om een halfgeleideroppervlak-junctie-diode te maken.

Wanneer er voldoende stroom in de diode wordt geïnjecteerd, zullen de elektronen (negatief geladen) en gaten (positief geladen) in het middelste actieve gebied spontaan samenkomen en de overtollige energie vrijgeven in de vorm van fotonen.

Vervolgens wordt de laser gevormd na afscherming en versterking van de resonator.

Fig. 10 Schematisch diagram van eenvoudige structuur van halfgeleiderlaser

Directe halfgeleiderlaser heeft duidelijke kenmerken en een breed scala aan downstreamtoepassingen.

De directe halfgeleiderlaser heeft een compacte structuur, lage onderhoudskosten en een elektro-optische omzettingsefficiëntie tot 47%. Het wordt voornamelijk gebruikt in de industrie voor lassen en bekleden.

Halfgeleiderlasers met een laag vermogen worden vooral gebruikt bij het lassen van kunststof en tin.

Door het lassen van de optische vezeluitgang wordt contactloze bediening op afstand gerealiseerd, wat handig is voor integratie met automatische productielijnen;

Directe halfgeleiders van kilowattklasse kunnen worden gebruikt voor bekledings- en hardwarelassen.

Het heeft de kenmerken van een grote lichtvlek en een hoge elektro-optische conversiesnelheid.

Buiten de industrie worden halfgeleiderlasers ook veel gebruikt in militaire, informatie-, medische en biowetenschappen.

Tabel 6. Directe halfgeleiderlasertoepassingen

Halfgeleiderlasers hebben potentieel voor verwerkingstoepassingen, maar ze worden beperkt door technische defecten.

Het onderzoek toont aan dat de directe halfgeleiderlaser een sterk toepassingspotentieel heeft voor materiaalbewerking en een betere snijsnelheid en snijkwaliteit heeft dan fiberlaser en kooldioxydelaser.

Het grootste nadeel van halfgeleiderlasers is echter hun lage straalkwaliteit bij hoge laservermogen.

Momenteel zijn industriële halfgeleiderlasers beperkt tot enkele bewerkingen, zoals galvaniseren, hardsolderen en steeds meer lassen met een hoog vermogen.

Daarom is het onwaarschijnlijk dat halfgeleiderlasers de komende jaren een revolutie zullen veroorzaken op het gebied van materiaalverwerking of andere lichtbronnen zullen vervangen.

Tabel 7. Vergelijking van snijprocessen van directe halfgeleiderlaser, fiberlaser en kooldioxiderlaser

Volgens de bovenstaande analyse zijn we van mening dat in vergelijking met CO₂ laser en YAG laser, fiber laser heeft duidelijke kosten en toepassingsvoordelen, of zal geleidelijk worden vervangen.

Tegelijkertijd worden halfgeleiderlasers nog steeds beperkt door de technische bottleneck.

Op dit moment hebben ze hun beperkingen en is het onwaarschijnlijk dat ze in de komende jaren andere lichtbronnen zullen vervangen.

Daarom is er veel ruimte voor verbetering van de doorlaatbaarheid van fiberlasers.