Волоконні лазери: 7 переваг і відмінностей

Перед покупкою aВолоконний лазер, необхідно зрозуміти, чим він відрізняється від інших лазерів. Ми знаємо, що для роботи лазера потрібні три компоненти: джерело накачування для подачі енергії, середовище посилення та оптичний резонатор. Для волоконних лазерів, хоча вибір джерела накачування полягає не в чому іншому, як у лазерних діодах та інших волоконних лазерах, конструкція середовища підсилення та оптичного резонатора істотно відрізняється.
 

Ця унікальна структура має сім основних переваг:

1. Середній коефіцієнт посилення високої ефективності
На відміну від інших лазерів, волоконні лазери досягають посилення світла в оптичних волокнах, легованих іонами рідкоземельних металів, таких як ітербій (Yb3+), неодим (Nd3+), тулій (Tm3+), празеодим (Pr3+) або ербій (Er3+). Ці лазерно-активні іони можуть поглинати більшу частину світла накачки, а потім випромінювати фотони певних частот через стимульоване випромінювання. За своєю суттю гнучка структура оптичного волокна забезпечує більшу відстань посилення порівняно з іншими типами лазерів. Це забезпечує високе оптичне посилення.

2. Інтелектуальна петля зворотного зв'язку через волоконну решітку Брегга
Замість використання традиційних діелектричних дзеркал оптичний зворотний зв’язок у волоконних лазерах зазвичай забезпечується волоконними бреггівськими ґратками, які являють собою серію скляних волокон із різними показниками заломлення, з’єднаних періодично. Ці періодичні структури можуть відбивати лазерні промені певних довжин хвиль і, таким чином, перетворюватися в оптичний резонатор волоконного лазера. Тому для волоконних лазерів оптичний резонатор фактично знаходиться всередині підсилювального середовища.

3. Міцний оптичний резонатор
Існує поширене непорозуміння, якого слід уникати, коли йдеться про волоконний лазер, а саме те, що волоконний лазер – це не те саме, що лазер з волоконною оптикою. Наприклад, у волоконно-зв’язаних діодних лазерах оптичне волокно використовується лише для передачі променя, а фізичні принципи вимушеного випромінювання не задіяні. Таким чином, хоча оптичні волокна справді з’єднуються з лазерними системами, вони все ще не мають усіх чудових якостей волоконних лазерів. В унікальному інтегрованому оптичному резонаторі використовується згорнуте оптичне волокно як середовище підсилення, створюючи міцний і стабільний оптичний резонатор.

4. Компактна структура
Однією з головних переваг волоконних лазерів є їх компактність. Порівняно з аналогічними продуктами, волоконні лазери мають набагато меншу площу для еквівалентної вихідної потужності. Це пояснюється тим, що оптичне волокно можна згинати і його можна згорнути в компактний простір. Крім того, гнучкість волоконної оптики також дає можливість додатково налаштувати оптичний шлях, забезпечуючи більшу свободу проектування для різних конкретних ситуацій.

5. Висока вихідна потужність
Оскільки підсилювальне середовище у волоконних лазерах є дуже тонким і гнучким, волокно може мати довжину кілька кілометрів, що дозволяє досягти дуже високого підсилення світла накачки. Крім того, тепло, що виділяється волоконними лазерами, може ефективно розсіюватися завдяки співвідношенню великої поверхні волокна до об’єму. В результаті волоконні лазери можуть безперервно працювати на рівні кіловат без потреби в складних системах охолодження.

6. Відмінна якість променя
Як правило, якість лазерного променя означає, наскільки щільно сфокусований промінь, кількісно визначається коефіцієнтом M2, який ідеально дорівнює 1 для найвищої якості променя. Серед волоконних лазерів одномодове волокно зазвичай має найкращу продуктивність променя і тому широко використовується. Наприклад, при лазерному різанні та зварюванні висока якість променя дозволяє зберігати великі відстані між заготовкою та сфокусованим об’єктом. Така конфігурація захищає оптику від сміття та диму. Важливо те, що зменшення діаметра променя не тільки дозволяє створювати більш тонкі структури, але також дозволяє використовувати менші, дешевші оптичні компоненти.

7. Висока надійність
Волоконні лазери дуже надійні та не потребують технічного обслуговування, а оскільки оптичний шлях закрито захисною оболонкою, лазерний промінь менш чутливий до зовнішніх перешкод. Таким чином, волоконні лазери, як правило, мають відмінну стабільність в умовах експлуатації при високій температурі та вібрації.

Чим волоконний лазер відрізняється від інших лазерів?
Хоча волоконні лазери мають багато переваг, важливо розуміти, як вони протистоять конкурентам. Як ми побачимо нижче, перевага волоконного лазера залежить від налаштувань програми, і в деяких випадках конкурент волоконного лазера може краще підходити для волоконного лазера.

Волоконні лазери проти блокових лазерів
Об’ємний лазер — це твердотільний лазер, який використовує легований об’ємний кристал або скло як середовище посилення. Лазери Nd:YAG і титан-сапфірові лазери є двома хорошими прикладами. Загалом, волоконні лазери мають кращі характеристики, ніж масові лазери, як показано на малюнку нижче:

Однак це не означає, що об’ємні лазери не є цінними для обробки матеріалів. Наприклад, в діапазоні довжин хвиль 700-1000 нм жоден волоконний лазер не може замінити регульований Ti:сапфіровий лазер. Крім того, об’ємні лазери можуть досягати вищих пікових потужностей і тому більше підходять для обробки матеріалів. Крім того, волоконно-лазерні системи можуть вимагати спеціальних компонентів і комплексного використання, а їхня висока вартість може бути згубною для економіки.

Волоконні лазери проти CO2-лазерів
Хоча обидва лазери чудово підходять для різання матеріалів, їхня функціональна спрямованість насправді різна. З одного боку, CO2-лазери є чудовими інструментами для різання неметалевих матеріалів, таких як пластик. Їх відносно висока ефективність і хороша якість променя роблять їх найпоширенішим типом лазера в галузі.

Машина для лазерного різання CO2

З іншого боку, за останні роки волоконні лазери досягли значного прогресу в різанні металевих пластин (переважно з нержавіючої сталі), в основному завдяки високій швидкості різання. За еквівалентної потужності їх швидкість різання зазвичай у {{0}} разів перевищує швидкість лазерів на вуглекислому газі. разів. Загалом варто розглянути волоконний лазер для масового виробництва під час різання металів 0. 25 дюймів товщиною або менше, але коли метали товщі ніж 0,375 дюйма, CO2-лазери все ще пропонують переваги у швидкості та відмінну якість різання. Тому волоконний лазер навряд чи повністю замінить CO2-лазер, коли справа доходить до різання матеріалів.

Волоконні лазери та лазери з прямими діодами
Довгий час діодні лазери критикували за низьку вихідну потужність і низьку якість променя. Тим не менш, останні досягнення в технології прямого діодного лазера демонструють її потенціал як головного гравця в обробці матеріалів. Прямі діодні лазери можуть різати на 10%-20% швидше, ніж волоконні лазери. Крім того, прямі діодні лазери можуть різати більш товсті метали та досягати меншої шорсткості поверхні. Найкраще те, що вони також підходять для обробки матеріалів із високим відбиттям, таких як мідь. Навпаки, волоконні лазери мають обмежену ефективність у цьому відношенні. Проте волоконні лазери все ще мають величезні переваги з точки зору якості променя та зрілості технології. Це робить їх чудовим вибором для обробки макроскопічних матеріалів.

Волоконні лазери явно зробили революцію в лазерній промисловості. Волоконні лазери пропонують низку ключових переваг перед іншими типами лазерів, відкриваючи шлях до підвищення продуктивності. Вибір ефективного середовища підсилення та вбудованого лазерного резонатора забезпечує потужну та стабільну вихідну продуктивність. Його компактні розміри є ключовою перевагою для OEM/інтегрованих програм. Однак їхня перевага значною мірою залежить від налаштування програми, беручи до уваги їх вихідну довжину хвилі та обмежені можливості налаштування.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де знаходяться наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті надавати нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращий сервіс.