Принцип дії лазера
Лазер складається з джерела накачування, підсилювального середовища з метастабільним енергетичним рівнем і резонатора. На прикладі волоконного лазера з напівпровідниковою накачкою конкретний процес генерації лазера можна детально розділити на наступні п’ять етапів:
- На першому етапі вводиться світло накачування, і напівпровідниковий лазер, як джерело накачування лазера, випромінює світло накачування з певною шириною лінії та потрапляє у волокно після проходження через об’єднувач пучків;
- На другому етапі підсилювальне середовище подається під напругу, і підсилювальне волокно поглинає світло накачки певної довжини хвилі, що забезпечує перехід рівня енергії частинки до метастабільного стану;
- На третьому етапі фотони утворюються шляхом спонтанного випромінювання, і частинки метастабільного стану спонтанно переходять вниз, вивільняючи енергію, виробляючи фотони з різними напрямками та фазами;
- Четвертий крок полягає в реалізації оптичного підсилення стимульованим випромінюванням. Фотони, що рухаються вздовж осі, можуть рухатися вперед-назад між дзеркалами (гратами) (фотони, які не рухаються вздовж осі, швидко витікають), і фотони можуть генерувати однорідні фотони, коли вони стикаються з високо{1}}енергетичними (метастабільними) частинками в середовищі посилення, щоб досягти ефекту оптичного підсилення;
- П'ятий крок, лазерний вихід, після досягнення певних вимог для досягнення безперервної або імпульсної форми лазерного випромінювання.
Лазерна класифікація
Існує чотири загальноприйнятих класифікації лазерів: середовище підсилення, вихідна потужність, режим роботи та ширина імпульсу.
Відповідно до середовища посилення: середовище посилення лазера включає газ, рідину та тверде тіло. Конкретне середовище посилення визначає довжину хвилі лазера, вихідну потужність і область застосування. Газовий лазер CO2 є типовим для газу, рубіновий лазер, напівпровідниковий лазер, волоконний лазер і YAG-лазер є типовим для твердого тіла.
За вихідною потужністю: її можна розділити на малу потужність (0-100 Вт), середню потужність (100-1 кВт) і високу потужність (вище 1 кВт); але іноді вона визначається як середня потужність у межах 100-1,5 кВт. Різна потужність лазера адаптується до різних сценаріїв застосування.
За режимом роботи: його можна розділити на безперервний лазер і імпульсний лазер. Неперервний лазер може видавати безперервно протягом тривалого періоду часу, зі стабільною роботою та високим тепловим ефектом. Імпульсний лазер виходить у вигляді імпульсу, який характеризується високою піковою потужністю і малим тепловим ефектом.
Щоб ознайомитись-з-прямим порівнянням двох режимів роботи, дивВідмінності лазерів CW проти QCW.
За тривалістю імпульсу імпульсний лазер можна розділити на мілісекунди, мікросекунди, наносекунди, пікосекунди та фемтосекунди. Взагалі кажучи, чим коротший час імпульсу, тим вище енергія одного імпульсу, тим вужча ширина імпульсу та вища точність обробки.
Між імпульсною та безперервною роботою стоїть гібрид, який варто знати: нашQCW квазі-безперервний лазерний гід.
Відповідно до довжини хвилі випромінювання: його можна розділити на інфрачервоний лазер, лазер видимого діапазону, ультрафіолетовий лазер тощо. Різні структури матеріалів можуть поглинати різні діапазони довжин хвиль, наприклад, метал має більше поглинання ближнього-інфрачервоного випромінювання.
Волоконний лазер має видатні переваги в обробці матеріалів
Волоконний лазер сприяє розвитку методів лазерної обробки вшир і вглиб. У традиційній галузі високо{1}}потужний лазер сприяє проникненню лазерного обладнання в різання, зварювання, маркування та інші ланки високоякісного -обладнання, такого як аерокосмічне, транспортне тощо. У новій галузі волоконний лазер розширює глибину лазерної обробки та формує додатковий ринок, головним чином включаючи точну обробку споживчої електроніки, фотоелектричних пристроїв, літієвих батарей, напівпровідників тощо поля.
З технічної точки зору волоконний лазер перевершує інші лазери. Технічними перевагами волоконного лазера для обробки є: 1) хороша якість променя, легко досягти високої потужності. 2) Велика площа поверхні оптичного волокна, хороше розсіювання тепла. 3) Оптичний шлях повністю закритий, з хорошою стабільністю, тривалим терміном служби та меншим обслуговуванням. 4) Невеликий розмір, гнучка передача. 5) Довжина хвилі знаходиться в діапазоні 700 нм-2000 нм, тобто більш застосовні в області обробки матеріалів.
З точки зору вартості, волоконний лазер має дуже високу-перевагу в ціні. Для порівняння візьміть лазер CO2:
- Завдяки високій якості променя та високій швидкості поглинання матеріалу швидкість обробки волоконного лазера є вищою. Взявши, наприклад, різання тонкої пластини, швидкість різання волоконного лазера може досягати 2-3 разів більше, ніж CO2-лазер з такою ж потужністю;
- Коефіцієнт електро{0}}оптичного перетворення волоконного лазера становить понад 30%, а споживання енергії низьке. Оптичний шлях CO2-лазера повністю залежить від рефлектора. Оптичний шлях швидко загасає, і втрати енергії є більшими. Коефіцієнт електро{6}}оптичного перетворення нижче 10%;
- Конструкція волоконного лазера проста та стабільна, зовнішній оптичний тракт не потребує-обслуговування, середній час напрацювання на відмову становить понад 100 000 годин, і практично немає витратних матеріалів. Структура CO2-лазерної системи є складною, рефлектор і резонатор потребують регулярного обслуговування, вартість заміни підшипників турбіни є високою, а вартість обслуговування висока.
Порівнюючи основні параметри продуктивності кіловатного промислового лазера на ринку, порівняно з іншими лазерами, волоконний лазер має такі переваги, як хороша якість вихідного лазерного променя, висока щільність енергії, висока електро-оптична ефективність, легкість у використанні, широкий спектр матеріалів, що піддаються механічній обробці, низька повна вартість експлуатації тощо, тому він широко використовується для різьблення/маркування, різання/свердління тощо, плакування/зварювання, обробки поверхні, швидкого створення прототипів тощо галузі обробки матеріалів і оптичного зв’язку, відомі як «лазери третього-покоління», мають широкі перспективи застосування.
Лазер знаходиться в центрі ланцюжка лазерної промисловості, і Китай став найбільшим і найшвидше{0}}зростаючим лазерним ринком у світі. Лазер є основним оптичним компонентом термінального лазерного обладнання, яке розташоване в центральній позиції всього промислового ланцюга. У той же час, з точки зору вартості, вартість лазера становить близько 30% - 50% від загальної вартості обладнання, яке є найціннішим основним компонентом лазерного обладнання.
Заглядаючи вперед, сектор вступає в те, що багато хто називаєзолотий вік розвитку лазерів у наступні три десятиліття.