Lazerler, modern teknolojide büyüleyici ve çeşitli bir araçtır. Her biri benzersiz uygulamalara sahip ondan fazla farklı lazer türü olduğunu biliyor muydunuz? Tıbbi prosedürlerden son teknoloji iletişim sistemlerine kadar, bu lazerler çalışma modlarına, dalga boylarına ve katkı maddelerine göre sınıflandırılır. Bu makalede, çeşitli lazerlerin ayırt edici özelliklerini ve kullanımlarını keşfedecek ve her türün farklı endüstrilere nasıl fayda sağlayabileceğine dair bilgiler sunacağız. Bu ışık huzmelerinin dünyamızı nasıl dönüştürdüğünü keşfetmeye hazır olun!
için birçok sınıflandırma yöntemi vardır. fiber lazerlerBunlar arasında en yaygın olanları çalışma modu, bant aralığı ve orta katkılı nadir toprak elementlerine göre sınıflandırılır.
Lazerler genellikle bu üç kategoriden birine veya ikisine göre adlandırılır.
Örneğin, IPG'nin YLM-QCW serisi yarı sürekli iterbiyum katkılı fiber lazerlere çevrilmiştir.
Fiber lazerler geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir.
Farklı alt bölümlere ayrılmış lazerler farklı özelliklere ve uygun uygulama alanlarına sahiptir.
Örneğin, orta kızılötesi bant insan gözü için güvenlidir ve suda güçlü bir şekilde emilebilir. İdeal bir tıbbi lazer kaynağıdır;
Erbiyum katkılı fiber, optik fiber iletişim alanında yaygın olarak kullanılan uygun dalga boyu nedeniyle optik fiber iletişim penceresini açabilir;
Görünürlüğü nedeniyle, yeşil lazer eğlence ve projeksiyonda çok önemlidir.
Şekil 1 Lazer alt bölümünün uygulama şeması ve ilgili endüstrilere karşılık gelen sınıflandırma
Çalışma moduna göre, fiber lazerler mod kilitli fiber lazerler, Q-anahtarlı fiber lazerler, yarı sürekli fiber lazerler ve sürekli fiber lazerler olarak ayrılabilir.
Darbeli fiber lazerin gerçekleştirilmesine yönelik teknik yaklaşımlar temel olarak Q-anahtarlama teknolojisi, mod kilitleme teknolojisi ve tohum kaynağı ana salınım güç amplifikasyonu (MOPA) teknolojisini içermektedir.
Mod kilitleme teknolojisi şunları başarabilir femtosaniye veya pikosaniye Darbe çıkışı ve darbenin tepe gücü yüksektir, genellikle megawatt mertebesindedir, ancak çıkış darbesinin ortalama gücü düşüktür;
Şekil 2 Fiber lazerin çalışma modu ve darbe genişliği
CW lazerin lazer çıkışı süreklidir, bu da aşağıdaki alanlarda yaygın olarak kullanılır lazer kesimkaynak ve kaplama.
Lazer pompa kaynağı sürekli olarak enerji sağlar ve sürekli lazer elde etmek için uzun süre lazer çıkışı üretir.
Her enerji seviyesindeki parçacıkların sayısı ve boşluktaki radyasyon alanı kararlı bir dağılıma sahiptir.
Çalışma özelliği, çalışma malzemesinin uyarılması ve buna karşılık gelen lazer çıktısının uzun bir zaman aralığında sürekli olarak gerçekleştirilebilmesidir.
Sürekli ışık kaynağı tarafından uyarılan fiber lazer, sürekli bir fiber lazerdir.
Diğerleri ile karşılaştırıldığında lazer türlerisürekli fiber lazerler nispeten yüksek güç elde edebilir. IPG, genellikle lazer kesim, kaynak ve kaplama alanlarında kullanılan tek modlu 20000 watt sürekli fiber lazer üretmiştir.
Quasi CW lazer aynı anda sürekli ve yüksek tepe güçlü darbe modunda çalışabilir.
IPG'nin resmi web sitesine göre, geleneksel CW lazerin tepe gücü ve ortalama gücü CW ve CW / modülasyon modunda her zaman aynı iken, darbe modunda quasi CW lazerin tepe gücü ortalama güçten 10 kat daha yüksektir.
Bu nedenle, onlarca hertzden binlerce Hertz'e kadar tekrarlama frekanslarında yüksek enerjili mikrosaniye ve milisaniye darbeleri üretilebilir ve birkaç kilowatt'lık ortalama güç ve tepe gücü gerçekleştirilebilir.
Quasi CW fiber lazer, daha yüksek elektro-optik dönüşüm verimliliği sağlayacak ve işleme hızını ve üretim verimliliğini önemli ölçüde artıracaktır.
Diğer lazer sistemleriyle karşılaştırıldığında, quasi CW fiber lazer fotoelektrik dönüşüm verimliliğinde on kat artış sağlayabilir ve pasif soğutma şeması altında 30%'den daha fazla elektro-optik dönüşüm verimliliği elde edebilir.
Yüksek ortalama gücü ve darbe tekrarlama oranı nedeniyle, işlem hızı çoğu lazerin 3-4 katıdır.
Önemli ölçüde azaltılmış güç maliyeti, sarf malzemesi ve yedek parça olmaması, düşük bakım talebi ve ön ısıtma süresi gerekmemesi maliyet optimizasyonuna yol açacaktır.
Darbeli fiber lazerler, Q-anahtarlı fiber lazerler ve mod-kilitli fiber lazerler olarak ikiye ayrılır.
Q-switching teknolojisi, yüksek tepe gücüne ve dar darbe genişliğine sahip bir lazer çıkışı oluşturmak için lazer enerjisini kısa bir zaman aralığında sıkıştırmaktır.
Q-anahtarlamanın prensibi, lazere kaybı ayarlanabilir bir cihaz eklemektir.
Çoğu zaman, lazerin kaybı çok büyüktür ve neredeyse hiç ışık çıkışı yoktur.
Kısa sürede, lazer çıkışını yüksek yoğunluklu kısa bir darbe haline getirmek için cihazın kaybını azaltın.
Q-switch, Q-anahtarlı fiber lazeri aktif veya pasif bir şekilde gerçekleştirebilen Q-anahtarlı teknolojinin temel cihazıdır.
Q-anahtarlı darbeli fiber lazer, yüksek tepe gücü, yüksek tek darbe enerjisi ve isteğe bağlı nokta çapı özelliklerine sahiptir.
Markalama, hassas işleme, grafik markalama, derin gravür, sac hassas kesim, delme ve metalik olmayan, altın, gümüş, bakır, alüminyum ve yüksek yansımalı olmayan diğer alanlarda yaygın olarak kullanılır. malzeme paslanmaz çelik.
Markalama uygulaması açısından, CO2 lazer, maliyet daha düşük ve performans daha istikrarlıdır.
Mod kilitli darbeli fiber lazer, aktif mod kilitleme veya pasif mod kilitleme ile ultra kısa darbeler üretir.
Modülatörün tepki süresi ile sınırlı olan aktif mod kilitleme tarafından üretilen darbe genişliği, genellikle pikosaniye mertebesinde geniştir;
Pasif mod kilitleme, kısa tepki süresine sahip pasif mod kilitleme cihazları kullanır ve femtosaniye darbeleri üretebilir.
Mod kilitlemenin kısa prensibi, rezonatördeki karşılıklı bağımsız boylamsal modların fazda belirli bir ilişkiye sahip olması için uygun önlemleri almaktır.
Bitişik uzunlamasına modların faz farkı sabit olsa bile, lazer son derece dar darbe genişliğine ve yüksek tepe gücüne sahip darbeler çıkaracaktır.
Mod kilitli puls lazer, mükemmel ışın kalitesi, ultra kısa puls genişliği ve yüksek puls enerjisi avantajlarına sahiptir.
Metal, cam, seramik, silikon ve plastik dahil olmak üzere çeşitli malzemelerin mikro işlemesi için uygundur.
Tıp alanında, mod kilitli lazerler lazer neşterlerde veya oftalmik cerrahide de kullanılmaktadır.
Örneğin, fotokimyasal etkiler bazı cilt bakımları için de kullanılmaktadır.
Kısa darbe ve yüksek tepe gücü özellikleri nedeniyle, mod kilitli lazerler çeşitli görüntüleme, mikroskopi ve spektroskopi yöntemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Elektro-optik örnekleme ölçümü, mesafe ölçümü, frekans ölçümü ve entegre elektronik devrelerde zamanlama alanlarında da kullanılırlar.
Fiber lazer tarafından doğrudan çıkarılan lazer çoğunlukla 960nm-2.05μm arasında dalga boyuna sahip yakın kızılötesi ışıktır.
Dalga boyu sıralamasına göre kısadan uzuna lazer kategorisi, 0,001 nm ile 1000 mikron arasında değişen dalga boylarıyla X-ray'den uzak kızılötesine kadar her türlü lazeri kapsar.
Bunlar arasında, fiber lazer tarafından doğrudan çıkarılan lazer esas olarak yakın kızılötesi kısımdadır.
Bununla birlikte, farklı uygulamaların ihtiyaçlarını karşılamak için, fiber lazerler frekans ikiye katlama yoluyla görünür ışık çıkışı sağlayabilir ve ana uygulama yeşil ışıktır;
Optik fibere florür katkısı yapılarak orta kızılötesi ışık çıkışı sağlanabilir.
Şekil 3 Farklı optik fiber dalga boylarının listesi
Tablo 1. Dalga boyuna göre lazerler
| İsim | Dalga boyu aralığı | Ana ürünler |
| Uzak kızılötesi lazer | 30 ~ 1000 mikron | Moleküler gaz lazer, serbest elektron lazeri |
| Orta kızılötesi lazer | 3 ~ 30 mikron | CO2 moleküler gaz lazer |
| Yakın kızılötesi lazer | 0,76 ~ 3 mikron | Fiber lazer, CaAs yarı iletken diyot lazer, kısmi gaz lazer |
| Görünür lazerYakın kızılötesi lazer | 380 nm ~ 780 nm | Yakut lazer, He Ne lazer, argon iyon lazer, kripton iyon lazer |
| Yakın ultraviyole lazer | 200 nm ≈ 400 nm | Azot moleküler lazer, ksenon florür eksimer lazer, kripton florür (KrF) eksimer lazer |
| Vakumlu ultraviyole lazer | 5 nm ~ 200 nm | Hidrojen (H) eksimer lazer, Ksenon (Xe) eksimer lazer |
| X-ışını lazer | 0,001 nm ~ 5 nm |
Orta kızılötesi lazerin dalga boyu esas olarak yaklaşık 23 mikron ila 3,9 mikrondur ve uyarmak için nadir toprak iyonları ile katkılı florür cam elyaf ortamına ihtiyaç duyar.
Aşağıdaki şekilde fiber lazerin kızılötesi geçişi ile oluşan floresan spektrumundan holmiyum katkılı iyon (Ho3+) ve erbiyum katkılı iyonun (Er3+) uygun ortam koşullarında uyarılmak suretiyle doğrudan üretilebildiği görülebilmektedir.
Florür cam fiber lazer, 2.3 ~ 3.5μm bandında yüksek verimlilik ve çıkış gücüne sahipken, dalga boyu 3.5μm'den fazladır.
Optik fiber iletimi ve nadir toprak iyonu geçiş radyasyonu için gereken düşük fonon enerjisini karşılayabilen çok az malzeme vardır.
Tek katkılı Ho3 + florür fiber lazer, şu anda doğrudan çıkışın en uzun dalga boyu olan düşük sıcaklıkta 3.9μm bant lazer üretir.
Şekil 4 Farklı nadir toprak iyonu fiber lazerlerin maksimum çıkış gücü ve emisyon dalga boyu arasındaki ilişki
Dalga boyu özellikleri nedeniyle, orta kızılötesi lazer atmosferik pencereyi açabilir ve lazer yönlendirme, konumlandırma ve ölçümde yaygın olarak kullanılır.
Askeri işlerde, lazerin yönlü enerjisinin uygulanması ve atmosferik iletim penceresinden uzun mesafeli iletim, güçlü ışın enerjisi gerektirir.
Kızılötesi füze karşı önleminde, orta kızılötesi lazer 3 ~ 5μm bandının atmosferik iletim penceresini elde edebilir.
Birkaç kilovatlık tek modlu çıkışa sahip orta kızılötesi fiber lazer, seyir füzesi, roket güdüm ve İHA hava sahası keşfi gibi ulusal savunma savaş platformlarında daha yaygın olarak kullanılabilir.
Orta kızılötesi fiber lazer, güçlü yönlülüğü ve insan gözü güvenliği nedeniyle tıp alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Orta kızılötesi lazer bandı insan gözü için güvenlidir ve suda güçlü bir şekilde emilebilir.
Lazerin güçlü yönlülüğü nedeniyle, doku penetrasyon derinliği sığ olabilir ve lazer cerrahisinde fiziksel hasar alanı çok küçük olabilir, böylece yüksek hassasiyet elde edilebilir.
Modern tıpta, tıbbi uygulamada orta kızılötesi lazer, hastalıklı dokuları tedavi etmek veya ablate etmek için esas olarak fototermal etki kullanır.
Ortopedi, gastroenteroloji ve ürolojide yaygın olarak kullanılmaktadır.
Üriner dokuların ablasyonu ve kesilmesi, buharlama ve arızalı organların çıkarılması için ideal bir tıbbi lazer ışık kaynağı haline gelmiştir.
Lipid, kemik ve protein açısından zengin dokuların kesilmesi sürecinde, orta kızılötesi lazer kullanımı küçük hasarlara neden olacaktır.
Fiber lazer, frekans ikiye katlayarak yeşil ışık çıkışı elde edebilir.
Frekansı ikiye katlanmış yeşil fiber lazer tam anlamıyla bir yeşil fiber lazer olmamasına rağmen, aktivasyon ortamı 532 nm lazer ışınını doğrudan serbest bırakmadığından, bu tip fiber lazer 600 kHz'e kadar dar bir darbe süresi ve tekrarlama frekansı aralığı sağlar.
Yüksek spektral parlaklığa sahip lazer kaynağı, 84% dönüşüm verimliliği ve 20%'den fazla elektro-optik dönüşüm verimliliği gerçekleştirerek verimli dönüşümü teşvik eder.
355 ve 266 nm'de yüksek güce yükseltmek mümkündür.
Yeşil lazer baskı, tıbbi tedavi, veri depolama, askeri, biyoloji ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Örneğin, IPG'nin yeşil fiber lazeri parçacık görüntüleme, hız ölçümü / akış görselleştirme, görüntü teşhisi ve cerrahi, optik yakalama / optik cımbız, güneş pili üretimi, üretim denetimi ve kalite kontrolü, holografi ve interferometri, eğlence ve projeksiyon vb. alanlarda kullanılabilir.
Fiber lazer esas olarak kazanç ortamı olarak nadir toprak elementleri ile katkılanmış fiber kullanır ve farklı nadir toprak elementleri farklı çalışma dalga boylarına karşılık gelir.
Katkılı fiber, fiber çekirdeğe nadir toprak iyonları gibi safsızlıklar eklemektir, bu da fiber modifikasyonuna yol açacak ve lazer etkisi gösterecektir.
Çalışma prensibi, pompa ışığının önce birleştirme sistemi aracılığıyla nadir toprak iyonları ile katkılanmış kazanç ortamına bağlanması ve ardından katkılanmış çekirdekteki nadir toprak iyonlarının pompa foton enerjisini emmesi ve enerji seviyesi geçişi üretmesidir.
Örneğin, erbiyum (Er3 +), praseodim (Pr3 +), tulyum (Tm3 +), neodim (Nd3 +) ve iterbiyum (Yb3 +) gibi nadir toprak iyonları optik fiberler yapmak için dopant olarak kullanılabilir ve daha sonra katkılı fiber amplifikatör (XDFA) ve fiber lazer (XDFL) haline getirilebilir.
Farklı nadir toprak elementleri farklı dalga boyu aralıklarında çalışır, ancak bunlar yakın kızılötesi aralığındadır.
Şekil 5 Yaygın olarak katkılanmış çekirdeklerde nadir toprak iyonlarının çalışma dalga boyları.
İterbiyum katkılı fiber lazer, yüksek kararlılığı, iyi ışın kalitesi ve yüksek eğim verimliliği nedeniyle hızla gelişmiştir.
İterbiyum katkılı fiberin birçok avantajı vardır.
İterbiyum katkılı fiber tarafından geliştirilen fiber lazer, yüksek eğim verimliliğine ve optik optik dönüşüm verimliliğine sahiptir ve 1m bandında yüksek güçlü lazer çıkışı elde edebilir.
Bu nedenle yoğun ilgi görmüş ve hızla gelişmiştir.
Lazer endüstrisinde ana yönlendirici güç haline gelmiştir ve endüstriyel işleme, tıbbi tedavi, ulusal savunma ve diğer alanlarda iyi uygulama olanaklarına sahiptir.
Ruike lazerin çoğu lazer ürünü iterbiyum katkılı fiber kullanır.
Tablo 2. Yerli ve yabancı şirketlerin ana ayna katkılı optik fiber ürünlerinin karşılaştırılması
| Şirket | Teknolojiyi benimseyin | Ürün durumu / fiyatı | Çekirdek çapı（ μ m） | Kaplama çapı | Çekirdek sayısal açıklığı NA |
| Nufern | Süper büyük mod alan aynalı katkılı fiber (üç kaplama) | SatışUSD 1030 / M | 290.0±20.0 | 400±18 | 0.110±0.010 |
| Gece | Geniş mod alanına sahip çift kaplamalı iterbiyum katkılı fiber | Satmak | 20.0±1.5 | 400±10.0 | 0.070±0.005 |
| Changfei optik fiber | Geniş mod alanına sahip çift kaplamalı iterbiyum fiber | Satmak | 20.0±2.0 | 400±15.0 | 0.06±0.01 |
| Beacon Teknolojisi | Çift katlı iterbiyum katkılı fiber | Satmak | 20.0±2.0 | 400±5.0 | 0.075±0.005 |
| Wuhan Ruixin | Geniş mod alanına sahip çift kaplamalı iterbiyum katkılı fiber | Satmak | 20.0±1.5 | 400.0±10.0 | 0.065±0.005 |
İterbiyum katkılı fiber lazerler esas olarak sürekli lazerlerde ve darbeli Q-anahtarlı lazerlerde kullanılır.
İterbiyum iyonunun basit enerji seviyesi yapısı ve küçük parçacık kaybı nedeniyle, lazer yüksek güç çalışması altında yüksek dönüşüm verimliliğine ve düşük termal etkiye sahiptir ve kazanç bant genişliği büyüktür (975nm ~ 1200nm).
Aynı zamanda, iterbiyum iyonunun üst seviye ömrü nispeten uzundur, genellikle yaklaşık 1 milisaniyedir.
Bu faktörler Q-switching teknolojisi için elverişlidir.
Bu nedenle, darbe lazerinde ultra kısa darbe çıkışı gerçekleştirilmiştir.
CW lazer açısından, iterbiyum katkılı fiber lazerin çıkış gücü 10000 watt mertebesine ulaşmıştır.
Erbiyum katkılı fiber lazer, güvenli dalga boyu ve ultra yüksek darbe enerjisi özelliklerine sahiptir. Erbiyum katkılı fiber lazer, son derece dar çizgi genişliği, iyi monokromatiklik ve kararlılık ile tek modlu çalışmayı gerçekleştirebilir.
Erbiyum iyonu, ultra kısa darbeli lazeri gerçekleştirmek için lazer boşluğundaki çok modlu salınımı ağırlaştırabilen geniş bir kazanç bant genişliğine sahiptir.
İnsan gözü güvenliği için benzersiz özellikleri nedeniyle ("insan gözü güvenliği", 1,5 μm dalga boyuna sahip lazerin insan gözünün zarar görme eşiğinden önemli ölçüde daha düşük olduğunu ifade eder), boş alan optik iletişimi, lidar, çevresel algılama, iş parçası kalibrasyonu ve endüstriyel işleme alanlarında geniş bir pratik uygulama yelpazesine sahiptir.
Erbiyum katkılı fiber, uygun dalga boyu nedeniyle fiber optik iletişim alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Erbiyum katkılı fiber 1550nm dalga boyunda yüksek kazanca sahip olduğundan, yaklaşık 40nm'lik kazanç spektral profili, potansiyel uygulama değerine sahip olan fiber optik iletişimde düşük kaybın en iyi penceresine karşılık gelir.
Tulyum katkılı fiber lazer, düşük eşik, yüksek verimlilik ve iyi ışın kalitesi özelliklerine sahiptir.
Thulium katkılı fiber lazer, insan gözü için güvenli dalga boyu alanında fiber lazerin araştırma noktasıdır ve thulium katkılı fiber lazer S-bandında (150 - 75mm) çalışabilir.
Potansiyel iletişim kaynaklarının frekans alanının geliştirilmesinde ve fiber optik iletişim sisteminin kapasitesinin artırılmasında çok önemli bir rol oynar.
Q-anahtarlı ve sürekli tulyum katkılı fiber lazerler son birkaç yılda daha yüksek ortalama güce ulaşacak şekilde geliştirilmiştir.
Artık belirli sayıda tedarikçi, ortalama 10W güce sahip ticari darbe lazerleri sağlayabilmektedir.
Thulium katkılı fiber lazer, lazer tıbbi tedavi, lidar, uzay ışığı uzaktan algılama ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Tülyum katkılı fiber lazerin çıkış dalga boyu yaklaşık 2μm'dir.
Sıvı suyun güçlü absorpsiyon bandı, standart Thulium fiber lazerin dalga boyuna yakın olan yaklaşık 1950 nm'dir, bu nedenle absorpsiyon özellikleri önemli ölçüde geliştirilmiştir.
Su genellikle birçok organik ve inorganik bileşikte bulunur, bu da çok sayıda malzemenin 2μm spektral aralığında absorpsiyon özelliklerini geliştirdiği anlamına gelir.
Bu nedenle, tulyum katkılı fiber lazer tıp, göz güvenliği, ultra hızlı optik, kısa menzilli uzaktan algılama ve biyoloji için ideal bir ışık kaynağı olarak kabul edilir ve iyi bir gelişme beklentisine sahiptir.
Aynı zamanda, tıp alanında, tulyum katkılı fiber lazerin hızlandırılmış buharlaştırma, ultra ince kesme teknolojisi ve tıpta pıhtılaşma hemostazı dahil olmak üzere birçok uygulaması vardır.
Yüksek güçlü tulyum katkılı fiber lazer sadece insan gözünün güvenli dalga boyu ve lidar ışık kaynağı için kullanılamaz, aynı zamanda daha uzun dalga boyuna sahip kızılötesi lazer çıkışını daha da gerçekleştirmek için katı hal kristal lazerin pompa kaynağı olarak da kullanılabilir.
Şekil 6 Sıvı suyun farklı dalga boylarındaki soğurma özellikleri
Fiber lazer olağanüstü performans avantajlarına ve belirgin ikame etkisine sahiptir.
Karbondioksit lazer bir tür moleküler lazerdir.
Yaygın yüksek güçlü CW lazerlerden biridir.
Ana malzeme karbondioksit molekülüdür.
CO'in ana yapısı2 lazer; lazer tüpü, optik rezonatör, güç kaynağı ve pompa içerir.
Ana özelliği, çıkış gücünün büyük olması ve sürekli çalışmanın gerçekleştirilebilmesidir, ancak yapı karmaşıktır, hacim büyüktür ve bakımı zordur.
Şekil 7 Karbondioksit lazer yapısı
Parçacık sayısı değişimi, karbondioksit lazerin lüminesansının anahtarıdır.
Karbondioksit lazerdeki çalışma maddeleri karbondioksit, nitrojen ve helyum içerir. DC güç kaynağı girildikten sonra, karışık gazdaki nitrojen molekülleri elektron etkisi ile uyarılacaktır.
Uyarılmış nitrojen molekülleri karbondioksit molekülleri ile çarpıştığında, karbondioksit moleküllerine enerji aktarırlar, böylece karbondioksit molekülleri düşük enerji seviyesinden yüksek enerji seviyesine geçerek parçacık numarası ters çevirme oluşturur ve lazer yayar.
Şekil 8 Karbondioksit lazerin emisyon sürecinin şematik diyagramı
Fiber optik ve karbondioksit lazerin kendi avantajları vardır, bu nedenle farklı ihtiyaçlara göre farklı araçlar seçilmelidir.
Günümüzde yaygın olarak kullanılan kesme teknolojilerinden fiber lazer ve CO2 lazerin özel uygulama gereksinimleri karşısında kendi avantajları ve dezavantajları vardır.
Birbirlerinin yerini tamamen alamazlar, ancak birbirlerini tamamlamaları ve bir arada var olmaları gerekir.
Malzeme türlerinin işlenmesi açısından, soğurma etkisi nedeniyle, fiber lazerler kesme işlemi için uygun değildir.metalik malzemelergeleneksel CO2 lazerler bakır ve alüminyum gibi yüksek yansıtma özelliğine sahip malzemelerin kesilmesi için uygun değildir;
Kesme hızı açısından, CO2 kalınlığı > 6 mm olan saclarda avantaj sağlarken, fiber lazer sacı daha hızlı keser;
Lazer kesimden önce iş parçasının delinmesi gerekir ve CO2 fiber lazerden önemli ölçüde daha hızlıdır;
Kesit kalitesi açısından, CO2 lazer bir bütün olarak fiber lazerden daha iyidir.
Tablo 3. Fiber lazer ve karbondioksit lazer Fiber lazer ve karbondioksit lazer arasındaki karşılaştırma
| Fiber lazer | Karbondioksit lazer | |
| Kesim malzemesi | Metalik olmayan malzemeler kesilemez | Yüksek yansıtıcı malzemelerin adaptasyon kabiliyeti zayıftır |
| Kesme hızı | 3mm'nin altında belirgin avantajlar | Karbondioksit 6 mm'den büyük olduğunda bir avantaja sahiptir. |
| Penetrasyon verimliliği | Hız nispeten yavaş | Kalınlık arttıkça, avantaj daha belirgin hale gelir |
| Bölüm kalitesi | Biraz daha kötü | Daha iyi pürüzlülük ve dikeylik |
Fiber lazer daha yüksek ışık dönüşüm verimliliğine ve daha düşük maliyete sahiptir.
Hesaplamaya göre, fiber lazerin kullanım maliyeti 23,4 yuan / saat, karbondioksit lazerin kullanım maliyeti 39,1 yuan / saat olup, bunların arasında fiber lazerin güç maliyeti 7 yuan / saat, su soğutma maliyeti 8,4 yuan / saat ve diğer maliyetler 8 yuan / saattir;
Karbondioksit lazerin güç maliyeti 21 yuan / saat, su soğutma maliyeti 12,6 yuan / saat ve diğer maliyetler 5,5 yuan / saattir.
Tablo 4. Fiber lazer ve karbondioksit lazer arasındaki maliyet karşılaştırması
| Fiber lazer | Karbondioksit lazer | |
| Güç (kw) | 3 | 3 |
| Işık dönüşüm verimliliği | 30% | 10% |
| Güç tüketimi (kw) | 10 | 30 |
| Elektrik fiyatı (yuan / kWh) | 1 | 1 |
| Yük süresi | 70% | 70% |
| Güç maliyeti (yuan / saat) | 7 | 21 |
| Su soğutma ekipmanı gücü (kw) | 12 | 18 |
| Elektrik fiyatı (yuan / kWh) | 1 | 1 |
| Yük süresi | 70% | 70% |
| Su soğutma maliyeti (yuan / saat) | 8.4 | 12.6 |
| Sarf malzemesi maliyeti (yuan / saat) | 3 | 2.5 |
| Modül tüketim maliyeti (yuan / saat) | 5 | |
| Medya maliyeti (yuan / saat) | 1 | |
| Geleneksel nokta çözümü (yuan / saat) | 2 | |
| Diğer maliyetler (yuan / saat) | 8 | 5.5 |
| Kullanım maliyeti (yuan / saat) | 23.4 | 39.1 |
YAG lazer genellikle Nd. YAG lazer (rubidyum katkılı itriyum alüminyum garnet kristali) aşağıdakilere aittir katı hal lazeri.
Kristaldeki rubidyum atomlarının içeriği, darbeli lazer veya sürekli lazer üretebilen 0.6 ~ 1.1%'dir ve yayılan ışık 1.064μm dalga boyunda kızılötesidir.
Nd. YAG lazer genellikle pompa lambası olarak kripton veya ksenon lamba kullanır, çünkü sadece birkaç belirli dalga boyundaki pompa ışığı Nd iyonları tarafından emilecek ve enerjinin çoğu ısı enerjisine dönüştürülecektir.
Genel olarak, YAG lazerin enerji dönüşüm verimliliği düşüktür.
Şekil 9 Nd: YAG lazerin basit yapısı
Fiber lazerin gelişmesiyle birlikte, YAG lazer yavaş yavaş yerini alabilir.
YAG lazer ağırlıklı olarak kesme ve kaynak süreci ancak fiber lazerin gelişmesiyle birlikte YAG lazer yavaş yavaş yerini fiber lazere bırakabilir.
Kesme alanında, YAG lazer düşük satın alma maliyetine sahiptir ve yüksek yansıtıcı malzemeleri kesebilir, ancak düşük işlem gücüne, yüksek enerji tüketim oranına ve yavaş kesim hızına sahipken, fiber lazer yüksek güç verimliliğine sahiptir, ayarlama ve bakım gerektirmez;
Kaynak alanında, yarı sürekli fiber lazerin ortaya çıkmasından sonra, hızla darbeli Nd: YAG lazerin yerini almaya başladı.
YAG lazer ile karşılaştırıldığında, quasi CW fiber lazer, mikrosaniyeden milisaniyeye kadar darbe genişliği altında birkaç joule'den onlarca joule'e kadar darbe enerjisi sağlayabilir.
Yüksek ortalama gücü ve darbe tekrarlama frekansı, işleme hızını ve üretim verimliliğini önemli ölçüde artırır.
Bu, şu avantajlara sahip olmakla eşdeğerdir delme ve YAG lazerin kaynak ve CO lazerin kesme kabiliyeti2 Aynı anda lazer.
Daha geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir.
Tablo 5. YAG lazer vs. fiber lazer
| Lazer | YAG lazer | Fiber lazer |
| Ana bileşim | Pompa lambası, Nd: YAG, rezonans sistemi | Yarı iletken pompa, fiber optik rezonans sistemi, i̇leti̇m si̇stemi̇ |
| duvar fi̇şi̇ veri̇mli̇li̇ği̇ | 4%~5% | 30% hakkında |
| İşleme açısı | Düşük satın alma maliyeti, yüksek yansıtıcı malzemeleri kesebilir | Kesme gücü yüksektir, verimlilik hızlıdır ve yüksek güç küçük bir pakette gerçekleştirilebilir |
| Maliyet perspektifi | Olgun teknoloji nispeten ucuzdur | Teknolojinin kademeli olarak gelişmesiyle birlikte, güç tüketimi azdır |
| Bakım açısı | Optik lens yok, ayarlama ve bakım gerektirmez |
Yarı iletken lazerlerlazer diyotlar olarak da bilinen yarı iletken malzemeleri çalışma malzemesi olarak kullanır.
Yaygın çalışma malzemeleri arasında galyum arsenit ve kadmiyum sülfür bulunur.
Üç uyarma modu vardır: elektrik enjeksiyonu, elektron ışını uyarımı ve optik pompalama.
Yarı iletken lazerlerin temel avantajları küçük hacim, düşük verimlilik ve yüksek enerji tüketimidir.
Lazer iletişimi, lazer terapisi ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılırlar.
Buna ek olarak, yarı iletken lazerler genellikle fiber lazerlerin pompa kaynağı olarak kullanılır.
Elektrik enjeksiyonlu yarı iletken lazer örnek olarak alındığında, yarı iletken yüzey bağlantı diyotu yapmak için yarı iletken malzemeye genellikle GaAS (galyum arsenit), InAS (indiyum arsenit), Insb (indiyum antimonit) ve diğer malzemeler eklenir.
Diyoda yeterince büyük bir akım enjekte edildiğinde, orta aktif bölgedeki elektronlar (negatif yüklü) ve delikler (pozitif yüklü) kendiliğinden birleşecek ve fazla enerjiyi fotonlar şeklinde serbest bırakacaktır.
Ardından, rezonatörün taranması ve yükseltilmesinden sonra lazer oluşturulur.
Şekil 10 Yarı iletken lazerin basit yapısının şematik diyagramı
Doğrudan yarı iletken lazer, belirgin özelliklere ve çok çeşitli aşağı akış uygulamalarına sahiptir.
Doğrudan yarı iletken lazer kompakt yapıya, düşük bakım maliyetine ve 47%'ye kadar elektro-optik dönüşüm verimliliğine sahiptir. Esas olarak endüstride kaynak ve kaplama için kullanılır.
Düşük güçlü yarı iletken lazerler esas olarak plastik kaynağı ve kalay kaynağında kullanılır.
Optik fiber çıkış kaynağı sayesinde, otomatik üretim hattı ile entegrasyon için uygun olan temassız uzaktan çalıştırma gerçekleştirilir;
Kilowatt sınıfı doğrudan yarı iletken, kaplama ve donanım kaynağı için kullanılabilir.
Geniş ışık noktası ve yüksek elektro-optik dönüşüm oranı özelliklerine sahiptir.
Endüstri dışındaki alanda, yarı iletken lazerler askeri, bilişim, tıp ve yaşam bilimlerinde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Tablo 6. Doğrudan yarı iletken lazer uygulamaları Doğrudan yarı iletken lazer uygulamaları
| Saha | Alt bölüm uygulaması | Uygulama senaryosu |
| Endüstri | Kaynak | Plastik işleme, donanım kaynağı |
| Kaplama | Çelik, havacılık ve uzay | |
| Askeri | Radar | Lidar sistemi, otomatik tanımlama ve düzeltme sistemi |
| Kılavuz ve Fişek | Lazer ışını yönlendirme, lazer hedefleme ve uyarı hedefleme | |
| Bilgi | Sinyal iletişimi | Fiber optik iletişim ışık kaynağı |
| Bilgi araştırması | Spektral analiz, optik hesaplama ve optik sinir ağı | |
| Tıbbi bakım | Klinik operasyon | Yumuşak doku rezeksiyonu ve doku birliği |
| Yaşam bilimleri araştırmaları | Optik cımbızlar |
Yarı iletken lazerler işleme uygulamaları için potansiyele sahiptir, ancak teknik kusurlarla sınırlıdırlar.
Araştırma, doğrudan yarı iletken lazerin güçlü malzeme işleme uygulama potansiyeline sahip olduğunu ve fiber lazer ve karbondioksit lazerden daha iyi kesme hızına ve kesme kalitesine sahip olduğunu göstermektedir.
Bununla birlikte, yarı iletken lazerlerin en büyük dezavantajı, yüksek sıcaklıklarda düşük ışın kalitesidir. lazer gücü.
Şu anda, endüstriyel yarı iletken lazerler elektrokaplama gibi birkaç işlemle sınırlıdır, lehimleme ve giderek daha fazla yüksek güçlü kaynak.
Bu nedenle, yarı iletken lazerlerin önümüzdeki birkaç yıl içinde tüm malzeme işleme alanında devrim yaratması veya diğer ışık kaynaklarının yerini alması pek olası değildir.
Tablo 7. Doğrudan yarı iletken lazer Doğrudan yarı iletken lazer, fiber lazer ve karbondioksit lazerin kesme işlemlerinin karşılaştırılması
| Doğrudan yarı iletken lazer | Fiber lazer | Karbondioksit lazer | |
| Ortak bant（ μ m） | 0.97 | 1.07 | 10.6 |
| Elektro optik dönüşüm oranı | 47% | 30% | 10% |
| Metal emiciliği | 0.97 | 1.07 | 10.6 |
| Sac kesme hız | 47% | 30% | 10% |
| Maksimum kesme kalınlığı (mm) | 15 | 12 | 25 |
| Kesim kalitesi (4 mm üzeri) | daha yüksek | daha yüksek | Daha düşük |
| Çıkış ışını kalitesi | En hızlı | Daha hızlı | En Yavaş |
Yukarıdaki analize göre, CO2 lazer ve YAG lazer, fiber lazerin bariz maliyet ve uygulama avantajlarına sahiptir veya kademeli olarak değiştirilecektir.
Aynı zamanda, yarı iletken lazerler hala teknik darboğaz ile sınırlıdır.
Şu anda sınırlamaları vardır ve önümüzdeki birkaç yıl içinde diğer ışık kaynaklarının yerini almaları pek olası değildir.
Bu nedenle, fiber lazer geçirgenliğinin iyileştirilmesi için geniş bir alan bulunmaktadır.
MachineMFG'nin kurucusu olarak, kariyerimin on yıldan fazlasını metal işleme sektörüne adadım. Kapsamlı deneyimim, sac metal imalatı, talaşlı imalat, makine mühendisliği ve metaller için takım tezgahları alanlarında uzman olmamı sağladı. Bu konular hakkında sürekli düşünüyor, okuyor ve yazıyorum, sürekli olarak alanımın ön saflarında kalmaya çalışıyorum. Bilgi ve uzmanlığımın işiniz için bir değer olmasına izin verin.
TR 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
RU 
KO