Fiber lasersnijden: De ultieme gids
Heb je je ooit afgevraagd hoe een laser door metaal kan snijden als een heet mes door boter? In dit fascinerende artikel onderzoeken we de wetenschap achter de fiberlasersnijtechnologie....
Heb je je ooit afgevraagd hoe geavanceerde technologie zo'n precisie bereikt? Vezellasers, een wonder van moderne techniek, maken gebruik van zeldzaam aardmetaal gedoteerde glasvezels om zeer efficiënte en veelzijdige laserstralen te genereren. In dit artikel ontdek je de mechanica achter fiber lasers, hun verschillende types en hun talrijke industriële toepassingen. Van snijden met hoog vermogen tot delicate markering, leer hoe fiberlasers een revolutie teweegbrengen in productieprocessen en wat ze superieur maakt aan traditionele lasertechnologieën. Duik in de toekomst van lasertechnologie.
Een fiberlaser verwijst naar een laser die gebruik maakt van glasvezels gedoteerd met zeldzame aardelementen als het versterkingsmedium.
Het kan worden ontwikkeld op basis van vezelversterkers: onder invloed van pomplicht wordt gemakkelijk een hoge vermogensdichtheid gevormd in de vezel, wat de "populatie-inversie" van laserenergieniveaus in het lasermateriaal veroorzaakt.
Wanneer een geschikte positieve terugkoppellus (die een resonantieholte vormt) wordt toegevoegd, kan laseroscillatieoutput worden gevormd.
Op basis van de soorten vezelmaterialen kunnen vezellasers worden onderverdeeld in:
(1) Kristalvezellasers.
Het werkmateriaal is laserkristalvezel, waaronder robijnenkristalvezellasers en Nd3+: YAG-kristalvezellasers.
(2) Niet-lineaire optische vezellasers.
De belangrijkste types zijn gestimuleerde Ramanverstrooiingsvezellasers en gestimuleerde Brillouinverstrooiingsvezellasers.
(3) Zeldzame-aard-gedoopte fiberlasers.
Het basismateriaal van de vezel is glas en ionen van zeldzame aardmetalen worden in de vezel gedoteerd om deze te activeren en zo een vezellaser te creëren.
(4) Kunststof vezellasers.
Laserkleurstoffen worden in de kern of bekleding van plastic vezels gedoopt om fiberlasers te maken.
Als vertegenwoordiger van de lasertechnologie van de derde generatie hebben fiberlasers de volgende voordelen:
De komst van dubbel beklede vezels is ongetwijfeld een belangrijke doorbraak op het gebied van vezels, waardoor de fabricage van vezellasers met een hoog vermogen en optische versterkers met een hoog vermogen werkelijkheid wordt.
Sinds E. Snitzer in 1988 voor het eerst de cladding gepompte fiber lasers beschreef, is de cladding pomptechnologie op grote schaal toegepast op fiber lasers en fiber versterkers en is het de voorkeursmethode geworden voor het produceren van hoogvermogen fiber lasers.
De bekledingspomptechnologie bestaat uit vier lagen:
Vezelkern;
② binnenbekleding;
Buitenbekleding;
Beschermende laag.
Het pomplicht wordt gekoppeld aan de binnenbekleding (die over het algemeen een onregelmatige structuur heeft, waaronder elliptisch, vierkant, pruimenbloesem, D-vorm, zeshoekig, etc.), het licht wordt heen en weer gereflecteerd tussen de binnen- en buitenbekleding (die over het algemeen cirkelvormig zijn) en wordt geabsorbeerd door de single-mode vezelkern na meerdere kruisingen.
Deze structuur vereist niet dat het pomplicht een singlemode laser is en kan de volledige lengte van de vezel pompen, zodat een multimode laserdiode-array met hoog vermogen kan worden gekozen als de pompbron, die indirect meer dan 70% van de pompenergie in de vezelkern koppelt, waardoor de pompefficiëntie sterk verbetert.
De kenmerken van de bekledingspomptechnologie bepalen de volgende uitstekende prestaties van deze type laser:
(1) Hoog vermogen
Een multimode pompdiodemodulegroep kan 100 watt optisch vermogen uitstralen en door meerdere multimode pompdiodes parallel te schakelen kunnen fiberlasers met een hoog uitgangsvermogen worden ontworpen.
(2) Geen thermo-elektrische koelers nodig
Deze multimode diode met hoog vermogen en groot bereik kan bij hoge temperaturen werken en vereist alleen eenvoudige luchtkoeling, wat weinig kost.
(3) Breed golflengtebereik voor pompen
De actieve bekledingsvezel gedoteerd met erbium/ytterbium zeldzame aarde-elementen in vezellasers met hoog vermogen heeft een breed en vlak absorptiebereik voor lichtgolven (930-970 nm), waardoor de pompdiodes geen enkel type golflengtestabilisatiesysteem nodig hebben.
(4) Hoog rendement
Het pomplicht kruist de single-mode vezelkern meerdere keren, waardoor het gebruik hoog is.
(5) Hoge betrouwbaarheid
Multimode pompdiodes zijn veel stabieler dan singlemode pompdiodes. Hun geometrisch brede gebied resulteert in een lage optische vermogensdichtheid en een lage stroomdichtheid door het actieve gebied, waardoor de pompdiodes een betrouwbare levensduur hebben van meer dan 1 miljoen uur.
Momenteel kunnen de technologieën om bekledingsgepompte fiberlasers te maken worden onderverdeeld in drie hoofdcategorieën: lineaire caviteit enkelzijdig pompen, lineaire caviteit dubbelzijdig pompen en volledig fiber ringholte dubbel beklede fiberlasers. Verschillende typen dubbel beklede fiber lasers kunnen worden uitgebreid vanuit deze drie basistypen.
Eén document van OFC-2002 heeft een structuur aangenomen om een nieuw type cladding gepumpte fiberlaser te bereiken met een uitgangsvermogen van 3,8W, een drempelwaarde van 1,7W en een hellingefficiëntie tot 85%.
Op het gebied van producttechnologie is het Amerikaanse bedrijf IPG naar voren gekomen, dat een 700W erbium-gedoopte dubbellaags vezellaser heeft ontwikkeld en de lancering van een 2000W vezellaser heeft aangekondigd.
Met zijn uitstekende straalkwaliteit, betrouwbaarheid, langste onderhoudsvrije tijd, hoogste totale elektro-optische conversie-efficiëntie, pulsherhalingsfrequentie, kleinste afmetingen, eenvoudigste en meest flexibele gebruik zonder waterkoeling en laagste bedrijfskosten is de pulsvezellaser de enige keuze voor lasermarkeren met hoge snelheid en hoge precisie.
Een fiberlasermarkeersysteem kan bestaan uit een of twee fiberlasers van 25 W, een of twee scankoppen om het licht naar het werkstuk te leiden en een industriële computer om de scankoppen te besturen. Dit ontwerp is meer dan vier keer efficiënter dan het gebruik van een 50W laser verdeeld over twee scankoppen.
Materiaalbewerking met vezellasers is een thermisch behandelingsproces gebaseerd op delen van het materiaal die laserenergie absorberen. Laserlicht met een golflengte van ongeveer 1um wordt gemakkelijk geabsorbeerd door metalen, kunststoffen en keramische materialen.
Fiber laser shaping of buigen is een technologie die gebruikt wordt om de kromming van metalen platen of hard keramiek te veranderen.
Geconcentreerde verhitting en snel zelf snijden leiden tot plastische vervorming in het door de laser verhitte gebied, waardoor de kromming van het werkstuk permanent verandert.
Met de voortdurende toename van het vermogen worden fiberlasers op grote schaal toegepast bij industrieel snijden. Bijvoorbeeld het gebruik van een snel snijdende continue fiberlaser voor het microsnijden van roestvrijstalen slagaderbuizen.
Dankzij de hoge straalkwaliteit kunnen vezellasers een zeer kleine focusdiameter bereiken en bijgevolg ook een kleine focusdiameter. kerfbreedteen zet nieuwe standaarden in de sector voor medische hulpmiddelen.
Bovendien nemen fiberlasers een onvervangbare positie in op het gebied van optische communicatie omdat hun golflengte twee belangrijke communicatievensters bestrijkt: 1,3 μm en 1,5 μm.
De succesvolle ontwikkeling van dubbel beklede vezellasers met hoog vermogen heeft geleid tot een snelle expansie van de marktvraag op het gebied van laserbewerking.
Het specifieke toepassingsgebied en de vereiste prestaties van vezellasers op het gebied van laserbewerking zijn als volgt:
Bovendien worden met de ontwikkeling van ultraviolette Bragg-grating vezellasers en cladding-pomptechnologie, golflengteconversie vezellasers met UV-, blauw-, groen-, rood- en nabij-infrarooduitvoer op grote schaal gebruikt voor gegevensopslag, kleurweergave en medische fluorescentiediagnose als praktische vastestoflichtbronnen.
Far-infrared golflengte output fiber lasers, vanwege hun compacte en flexibele structuur, afstembare energie en golflengte, worden ook toegepast in gebieden zoals laser geneeskunde en bio-engineering.
Het eerste onderzoek naar lasers richtte zich vooral op de output van korte pulsen en de uitbreiding van het afstembare golflengtebereik.
Tegenwoordig versnellen en stimuleren de snelle ontwikkeling en vooruitgang van DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) en Optical Time Division Multiplexing-technologieën de vooruitgang van fiberlasertechnologie met meerdere golflengten en supercontinuüm fiberlasers.
Ondertussen biedt de opkomst van multi-golflengte fiber lasers en supercontinuüm fiber lasers een ideale oplossing voor het implementeren van goedkope Tb/s DWDM of OTDM transmissie.
Vanuit het perspectief van hun technologische implementatie, het gebruik van spontane emissie versterkt door EDFA, femtosecond pulstechnologie en superluminescente diodes zijn allemaal gerapporteerd.
Als vertegenwoordiger van de lasertechnologie van de derde generatie hebben fiberlasers een ongeëvenaarde technische superioriteit ten opzichte van andere lasers.
Op korte termijn denken we echter dat fiberlasers zich vooral zullen richten op high-end toepassingen. Met de popularisering van vezellasers, de verlaging van de kosten en de toename van de productiecapaciteit, kunnen ze uiteindelijk wereldwijd een groot deel van de CO2-lasers met hoog vermogen en de overgrote meerderheid van de YAG-lasers vervangen.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO