Η αρχή του λέιζερ
Το λέιζερ αποτελείται από μια πηγή αντλίας, ένα μέσο απολαβής με μετασταθερό επίπεδο ενέργειας και έναν συντονιστή. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα το λέιζερ ινών με αντλία ημιαγωγών, η συγκεκριμένη διαδικασία παραγωγής λέιζερ μπορεί να χωριστεί στα ακόλουθα πέντε βήματα λεπτομερώς:
- Στο πρώτο βήμα, εισάγεται το φως της αντλίας και το λέιζερ ημιαγωγών, ως πηγή αντλίας του λέιζερ, εκπέμπει το φως της αντλίας με ένα ορισμένο πλάτος γραμμής και εισέρχεται στην ίνα αφού περάσει από τον συνδυαστή δέσμης.
- Στο δεύτερο βήμα, το μέσο απολαβής ενεργοποιείται και η ίνα απολαβής απορροφά το φως της αντλίας συγκεκριμένου μήκους κύματος, γεγονός που κάνει τη μετάβαση του επιπέδου ενέργειας του σωματιδίου σε μετασταθερή κατάσταση.
- Στο τρίτο βήμα, τα φωτόνια σχηματίζονται με αυθόρμητη εκπομπή και τα σωματίδια μετασταθερής κατάστασης μεταβαίνονται αυθόρμητα προς τα κάτω για να απελευθερώσουν ενέργεια, παράγοντας φωτόνια με διαφορετικές κατευθύνσεις και φάσεις.
- Το τέταρτο βήμα είναι να πραγματοποιηθεί η οπτική ενίσχυση με διεγερμένη ακτινοβολία. Τα φωτόνια που κινούνται κατά μήκος του άξονα μπορούν να μετακινηθούν εμπρός και πίσω μεταξύ κατόπτρων (πλέγματα) (τα φωτόνια που δεν τρέχουν κατά μήκος του άξονα διαφεύγουν γρήγορα) και τα φωτόνια μπορούν να δημιουργήσουν ομοιογενή φωτόνια όταν συναντούν σωματίδια υψηλής-ενέργειας (μετασταθής) στο μέσο κέρδους, έτσι ώστε να επιτευχθεί αποτέλεσμα οπτικής ενίσχυσης.
- Το πέμπτο βήμα, έξοδος λέιζερ, μετά την επίτευξη ορισμένων απαιτήσεων για την επίτευξη συνεχούς ή παλμικής μορφής εξόδου λέιζερ.
Ταξινόμηση λέιζερ
Υπάρχουν τέσσερις κοινές ταξινομήσεις λέιζερ: μέσο απολαβής, ισχύς εξόδου, τρόπος λειτουργίας και πλάτος παλμού.
Σύμφωνα με το μέσο απολαβής: το μέσο απολαβής του λέιζερ περιλαμβάνει αέριο, υγρό και στερεό. Το συγκεκριμένο μέσο απολαβής καθορίζει το μήκος κύματος λέιζερ, την ισχύ εξόδου και το πεδίο εφαρμογής. Το λέιζερ αερίου CO2 είναι αντιπροσωπευτικό στο αέριο, το λέιζερ ρουμπίνι, το λέιζερ ημιαγωγών, το λέιζερ ινών και το λέιζερ YAG είναι αντιπροσωπευτικό σε στερεό.
Σύμφωνα με την ισχύ εξόδου: μπορεί να χωριστεί σε μικρή ισχύ (0-100w), μεσαία ισχύ (100-1kw) και υψηλή ισχύ (πάνω από 1kW). αλλά μερικές φορές ορίζεται ως μέση ισχύς εντός της περιοχής 100-1,5 kw. Διαφορετική ισχύς λέιζερ προσαρμόζεται σε διαφορετικά σενάρια εφαρμογής.
Σύμφωνα με τον τρόπο λειτουργίας: μπορεί να χωριστεί σε συνεχές λέιζερ και παλμικό λέιζερ. Το λέιζερ CW μπορεί να εκπέμπει συνεχώς για μεγάλο χρονικό διάστημα, με σταθερή λειτουργία και υψηλό θερμικό αποτέλεσμα. Το παλμικό λέιζερ εξέρχεται με τη μορφή παλμού, ο οποίος χαρακτηρίζεται από υψηλή ισχύ αιχμής και μικρό θερμικό αποτέλεσμα.
Για μια σύγκριση-προς-των δύο τρόπων λειτουργίας, ανατρέξτε στοΔιαφορές λέιζερ CW έναντι QCW.
Ανάλογα με τη διάρκεια του χρόνου παλμού, το παλμικό λέιζερ μπορεί περαιτέρω να διαιρεθεί σε χιλιοστά του δευτερολέπτου, μικροδευτερόλεπτα, νανοδευτερόλεπτα, picoseconds και femtoseconds. Σε γενικές γραμμές, όσο μικρότερος είναι ο χρόνος παλμού, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια ενός παλμού, τόσο στενότερο είναι το πλάτος του παλμού και τόσο μεγαλύτερη είναι η ακρίβεια επεξεργασίας.
Μεταξύ παλμικής και συνεχούς λειτουργίας βρίσκεται ένα υβρίδιο που αξίζει να γνωρίζετε: το δικό μαςQCW οιονεί-συνεχής οδηγός λέιζερ.
Σύμφωνα με το μήκος κύματος εξόδου: μπορεί να χωριστεί σε υπέρυθρο λέιζερ, ορατό λέιζερ, λέιζερ υπεριώδους ακτινοβολίας κ.λπ. Διαφορετικές δομές υλικών μπορούν να απορροφήσουν διαφορετικό εύρος μήκους κύματος, για παράδειγμα, το μέταλλο έχει υψηλότερη απορρόφηση κοντά-υπέρυθρου.
Το λέιζερ ινών έχει εξαιρετικά πλεονεκτήματα στην επεξεργασία υλικών
Το λέιζερ ινών προωθεί την ανάπτυξη μεθόδων επεξεργασίας λέιζερ σε πλάτος και βάθος. Στον παραδοσιακό τομέα, το λέιζερ υψηλής ισχύος-προωθεί τη διείσδυση του εξοπλισμού λέιζερ στην κοπή, τη συγκόλληση, τη σήμανση και άλλους συνδέσμους-υψηλού εξοπλισμού όπως η αεροδιαστημική, οι μεταφορές κ.λπ. ημιαγωγών και άλλα πεδία.
Από τεχνικής άποψης, το λέιζερ ινών υπερτερεί των άλλων λέιζερ. Τα τεχνικά πλεονεκτήματα του λέιζερ ινών για επεξεργασία είναι: 1) καλή ποιότητα δέσμης, εύκολη επίτευξη υψηλής ισχύος. 2) Η μεγάλη επιφάνεια της οπτικής ίνας, καλή απαγωγή θερμότητας. 3) Η οπτική διαδρομή είναι εντελώς κλειστή, με καλή σταθερότητα, μεγάλη διάρκεια ζωής και λιγότερη συντήρηση. 4) Μικρό μέγεθος, ευέλικτη μετάδοση) είναι το εύρος{5} 700nm-2000nm, που είναι πιο εφαρμόσιμο στον τομέα της επεξεργασίας υλικών.
Από την άποψη του κόστους, το λέιζερ ινών έχει ένα πολύ υψηλό-πλεονέκτημα απόδοσης κόστους. Πάρτε το λέιζερ CO2 ως σύγκριση:
- Λόγω της υψηλής ποιότητας δέσμης και του υψηλού ρυθμού απορρόφησης υλικού, η ταχύτητα επεξεργασίας του λέιζερ ινών είναι ταχύτερη. Λαμβάνοντας ως παράδειγμα την κοπή λεπτής πλάκας, η ταχύτητα κοπής του λέιζερ ινών μπορεί να φτάσει 2-3 φορές από αυτή του λέιζερ CO2 με την ίδια ισχύ.
- Ο ρυθμός ηλεκτρο-οπτικής μετατροπής του laser ινών υπερβαίνει το 30% και η κατανάλωση ενέργειας είναι χαμηλή. Η οπτική διαδρομή του λέιζερ CO2 εξαρτάται πλήρως από τον ανακλαστήρα. Η οπτική διαδρομή φθείρεται γρήγορα και η απώλεια ενέργειας είναι μεγαλύτερη. Το ποσοστό ηλεκτρο-οπτικής μετατροπής είναι κάτω από 10%.
- Η δομή του laser ινών είναι απλή και σταθερή, η εξωτερική οπτική διαδρομή είναι-χωρίς συντήρηση, ο μέσος χρόνος μεταξύ των βλαβών είναι περισσότερο από 100000 ώρες και ουσιαστικά δεν υπάρχουν αναλώσιμα. Η δομή του συστήματος λέιζερ CO2 είναι πολύπλοκη, ο ανακλαστήρας και ο συντονιστής χρειάζονται τακτική συντήρηση, το κόστος αντικατάστασης ρουλεμάν στροβίλου είναι ακριβό και το κόστος συντήρησης υψηλό.
Συγκρίνοντας τις κύριες παραμέτρους απόδοσης του βιομηχανικού λέιζερ κιλοβάτ στην αγορά, σε σύγκριση με άλλα λέιζερ, το λέιζερ ινών έχει τα πλεονεκτήματα της καλής ποιότητας δέσμης λέιζερ εξόδου, υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, υψηλής ηλεκτρο-οπτικής απόδοσης, εύκολης χρήσης, μεγάλης γκάμα μηχανικών υλικών, χαμηλού κόστους λειτουργίας, κ.λπ. Η επεξεργασία επιφανειών, η ταχεία δημιουργία πρωτοτύπων και άλλα πεδία επεξεργασίας υλικών και οπτικής επικοινωνίας, γνωστά ως "λέιζερ τρίτης- γενιάς", έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής.
Το λέιζερ βρίσκεται στο κέντρο της αλυσίδας της βιομηχανίας λέιζερ και η Κίνα έχει γίνει η μεγαλύτερη και ταχύτερα αναπτυσσόμενη- αγορά λέιζερ στον κόσμο. Το λέιζερ είναι το βασικό οπτικό στοιχείο του τερματικού εξοπλισμού λέιζερ, το οποίο βρίσκεται στην κεντρική θέση ολόκληρης της βιομηχανικής αλυσίδας. Ταυτόχρονα, από την άποψη του κόστους, το κόστος λέιζερ αντιπροσωπεύει περίπου το 30% - 50% του συνολικού κόστους του εξοπλισμού, το οποίο είναι το πιο πολύτιμο βασικό συστατικό του εξοπλισμού λέιζερ.
Κοιτάζοντας το μέλλον, ο τομέας εισέρχεται σε αυτό που πολλοί αποκαλούνχρυσή εποχή ανάπτυξης λέιζερ τις επόμενες τρεις δεκαετίες.