1.дисковый лазер
Предложенная концепция дискового лазера эффективно решила проблему теплового воздействия твердотельных лазеров и позволила достичь идеального сочетания высокой средней мощности, высокой пиковой мощности, высокой эффективности и высокого качества луча твердотельных лазеров. Дисковые лазеры стали незаменимым новым источником лазерного излучения для обработки в автомобильной, судостроительной, железнодорожной, авиационной, энергетической и других отраслях. Современная технология мощных дисковых лазеров имеет максимальную мощность 16 киловатт и качество луча 8 мм миллирадиан, что позволяет осуществлять роботизированную лазерную дистанционную сварку и высокоскоростную лазерную резку больших форматов, открывая широкие перспективы для твердотельных лазеров в этой области.высокомощная лазерная обработкаРынок приложений.
Преимущества дисковых лазеров:
1. Модульная структура
Дисковый лазер имеет модульную конструкцию, и каждый модуль может быть быстро заменен на месте. Система охлаждения и система световода интегрированы с лазерным источником, что обеспечивает компактную конструкцию, малые габариты, а также быструю установку и отладку.
2. Превосходное качество пучка и стандартизация.
Все дисковые лазеры TRUMPF мощностью более 2 кВт имеют стандартизированное произведение параметров пучка (BPP) 8 мм/мрад. Лазер инвариантен к изменениям режима работы и совместим со всей оптикой TRUMPF.
3. Поскольку размер пятна в дисковом лазере велик, плотность оптической мощности, воспринимаемая каждым оптическим элементом, мала.
Порог повреждения покрытия оптического элемента обычно составляет около 500 МВт/см², а порог повреждения кварца — 2–3 ГВт/см². Плотность мощности в резонансной полости дискового лазера TRUMPF обычно составляет менее 0,5 МВт/см², а плотность мощности на согласующем волокне — менее 30 МВт/см². Такая низкая плотность мощности не вызовет повреждения оптических компонентов и не приведет к нелинейным эффектам, обеспечивая тем самым надежность работы.
4. Внедрить систему управления мощностью лазера с обратной связью в реальном времени.
Система управления с обратной связью в реальном времени обеспечивает стабильную мощность, достигающую Т-образного элемента, а результаты обработки обладают превосходной повторяемостью. Время предварительного нагрева дискового лазера практически равно нулю, а диапазон регулировки мощности составляет 1%–100%. Поскольку дисковый лазер полностью решает проблему эффекта тепловой линзы, мощность лазера, размер пятна и угол расходимости луча остаются стабильными во всем диапазоне мощности, а волновой фронт луча не подвергается искажению.
5. Оптическое волокно можно подключить по принципу «подключи и работай», при этом лазер продолжит работу.
При выходе из строя одного оптического волокна при его замене достаточно лишь перекрыть оптический тракт, не отключая устройство, и остальные оптические волокна продолжат излучать лазерный свет. Замена оптического волокна проста в эксплуатации, не требует инструментов и регулировки. На входе в устройство установлено пылезащитное устройство, которое строго предотвращает попадание пыли в зону оптических компонентов.
6. Безопасный и надежный
В процессе обработки, даже если излучательная способность обрабатываемого материала настолько высока, что лазерный свет отражается обратно в лазер, это не повлияет на сам лазер или на эффективность обработки, и не будет никаких ограничений на обрабатываемый материал или длину волокна. Безопасность работы лазера подтверждена немецким сертификатом безопасности.
7. Модуль накачивающего диода проще и быстрее.
Диодная матрица, установленная на модуле накачки, также имеет модульную конструкцию. Модули диодной матрицы обладают длительным сроком службы и имеют гарантию 3 года или 20 000 часов. Замена не требует простоя, будь то плановая или внезапная замена в случае отказа. При выходе из строя одного модуля система управления подает сигнал тревоги и автоматически увеличивает ток других модулей для поддержания постоянной выходной мощности лазера. Пользователь может продолжать работу в течение десяти или даже десятков часов. Замена диодных модулей накачки на производственной площадке очень проста и не требует обучения оператора.
Волоконные лазеры, как и другие лазеры, состоят из трех частей: активной среды (легированного волокна), способной генерировать фотоны, оптического резонансного резонатора, позволяющего фотонам возвращаться и резонансно усиливаться в активной среде, и источника накачки, возбуждающего фотонные переходы.
Особенности: 1. Оптическое волокно обладает высоким соотношением «площадь поверхности/объем», хорошим теплоотводом и может работать непрерывно без принудительного охлаждения. 2. В качестве волноводной среды оптическое волокно имеет малый диаметр сердцевины и склонно к высокой плотности мощности внутри волокна. Поэтому волоконные лазеры обладают более высокой эффективностью преобразования, более низким порогом, более высоким коэффициентом усиления и более узкой шириной линии, и отличаются от оптического волокна малыми потерями на связь. 3. Благодаря хорошей гибкости оптических волокон, волоконные лазеры малы и гибки, компактны по конструкции, экономичны и легко интегрируются в системы. 4. Оптическое волокно также обладает достаточно большим количеством перестраиваемых параметров и селективностью, что позволяет получить достаточно широкий диапазон перестройки, хорошую дисперсию и стабильность.
Классификация волоконных лазеров:
1. Волоконный лазер с легированием редкоземельными элементами
2. Редкоземельные элементы, легирующие в относительно хорошо разработанные на данный момент активные оптические волокна: эрбий, неодим, празеодим, тулий и иттербий.
3. Краткое описание волоконного лазера, использующего стимулированное рамановское рассеяние: Волоконный лазер по сути является преобразователем длины волны, который может преобразовывать длину волны накачки в свет определенной длины волны и выводить его в виде лазерного излучения. С физической точки зрения, принцип генерации усиления света заключается в обеспечении обрабатываемого материала светом с длиной волны, которую он может поглощать, чтобы обрабатываемый материал мог эффективно поглощать энергию и активироваться. Следовательно, в зависимости от легирующего материала соответствующая длина волны поглощения также различна, и требования к длине волны света накачки также различны.
2.3 Полупроводниковый лазер
Полупроводниковый лазер был успешно возбужден в 1962 году, а в 1970 году достиг непрерывного излучения при комнатной температуре. Позже, после усовершенствований, были разработаны лазеры с двойным гетеропереходом и полосковые лазерные диоды (лазерные диоды), которые широко используются в волоконно-оптической связи, оптических дисках, лазерных принтерах, лазерных сканерах и лазерных указках. В настоящее время они являются наиболее производимыми лазерами. Преимуществами лазерных диодов являются: высокая эффективность, малый размер, легкий вес и низкая цена. В частности, эффективность многослойных квантовых ям составляет 20–40%, а у PN-типа она достигает нескольких 15–25%. Вкратце, их главная особенность — высокая энергетическая эффективность. Кроме того, их непрерывный выходной диапазон длин волн охватывает диапазон от инфракрасного до видимого света, и были коммерциализированы продукты с выходной мощностью оптического импульса до 50 Вт (ширина импульса 100 нс). Это пример лазера, который очень легко использовать в качестве лидара или источника возбуждающего света. Согласно теории энергетических зон твердых тел, энергетические уровни электронов в полупроводниковых материалах образуют энергетические зоны. Высокоэнергетическая зона — это зона проводимости, низкоэнергетическая — валентная зона, и эти две зоны разделены запрещенной зоной. Когда в полупроводник вводятся неравновесные электронно-дырочные пары, высвобождаемая энергия излучается в виде люминесценции, которая представляет собой рекомбинационную люминесценцию носителей заряда.
Преимущества полупроводниковых лазеров: малый размер, легкий вес, надежная работа, низкое энергопотребление, высокая эффективность и т. д.
2.4YAG-лазер
YAG-лазер, один из типов лазеров, представляет собой лазерную матрицу с превосходными комплексными свойствами (оптическими, механическими и тепловыми). Как и другие твердотельные лазеры, основными компонентами YAG-лазеров являются рабочий материал лазера, источник накачки и резонансная полость. Однако из-за различных типов активированных ионов, легированных в кристалл, различных источников накачки и методов накачки, различных структур используемых резонансных полостей и других функциональных структурных устройств, YAG-лазеры можно разделить на множество типов. Например, по форме выходного сигнала их можно разделить на YAG-лазеры непрерывного действия, YAG-лазеры с повторяющейся частотой и импульсные лазеры и т. д.; по рабочей длине волны их можно разделить на YAG-лазеры с длиной волны 1,06 мкм, YAG-лазеры с удвоенной частотой, YAG-лазеры с рамановским сдвигом частоты и перестраиваемые YAG-лазеры и т. д.; по легированию различные типы лазеров можно разделить на Nd:YAG-лазеры, YAG-лазеры, легированные Ho, Tm, Er и т. д. В зависимости от формы кристалла, YAG-лазеры делятся на стержневые и пластинчатые; в зависимости от выходной мощности их можно разделить на мощные, маломощные и среднемощные.
В станке для лазерной резки на основе твердого YAG-лазера импульсный лазерный луч с длиной волны 1064 нм расширяется, отражается и фокусируется, затем излучается и нагревается на поверхности материала. Тепло с поверхности рассеивается внутрь за счет теплопроводности, а ширина, энергия, пиковая мощность и частота повторения лазерного импульса точно контролируются цифровым способом. Частота и другие параметры позволяют мгновенно расплавлять, испарять и выпаривать материал, обеспечивая тем самым резку, сварку и сверление по заданным траекториям с помощью системы ЧПУ.
Особенности: Этот станок обладает хорошим качеством луча, высокой эффективностью, низкой стоимостью, стабильностью, безопасностью, повышенной точностью и высокой надежностью. Он объединяет функции резки, сварки, сверления и другие, что делает его идеальным высокоточным и эффективным оборудованием для гибкой обработки. Высокая скорость обработки, высокая эффективность, хорошая экономическая выгода, малые прямые кромки, гладкая поверхность резки, большое соотношение глубины к диаметру и минимальная термическая деформация по соотношению сторон к ширине, а также возможность обработки различных материалов, таких как твердые, хрупкие и мягкие. Отсутствует проблема износа или замены инструмента в процессе обработки, а также нет необходимости в механической модификации. Легко автоматизируется. Может выполнять обработку в особых условиях. Высокая эффективность насоса, до 20%. По мере повышения эффективности снижается тепловая нагрузка на лазерную среду, что значительно улучшает качество луча. Обладает длительным сроком службы, высокой надежностью, малыми размерами и весом, подходит для миниатюризации.
Применение: Подходит для лазерной резки, сварки и сверления металлических материалов, таких как углеродистая сталь, нержавеющая сталь, легированная сталь, алюминий и сплавы, медь и сплавы, титан и сплавы, никель-молибденовые сплавы и другие материалы. Широко используется в авиационной, аэрокосмической, оружейной, судостроительной, нефтехимической, медицинской, приборостроительной, микроэлектронной, автомобильной и других отраслях промышленности. Улучшается не только качество обработки, но и эффективность работы; кроме того, YAG-лазер обеспечивает точный и быстрый метод исследования для научных изысканий.
По сравнению с другими лазерами:
1. YAG-лазер может работать как в импульсном, так и в непрерывном режимах. Благодаря технологиям модуляции добротности и синхронизации мод, его импульсный выходной сигнал позволяет получать короткие и сверхкороткие импульсы, что расширяет диапазон его обработки по сравнению с CO2-лазерами.
2. Его выходная длина волны составляет 1,06 мкм, что ровно на порядок меньше длины волны CO2-лазера (10,06 мкм), поэтому он обладает высокой эффективностью связи с металлом и хорошими технологическими характеристиками.
3. YAG-лазер отличается компактной конструкцией, малым весом, простотой и надежностью в использовании, а также низкими требованиями к техническому обслуживанию.
4. YAG-лазер может быть соединен с оптическим волокном. Благодаря системе мультиплексирования с временным и энергетическим разделением, один лазерный луч может легко передаваться на несколько рабочих станций или удаленных рабочих станций, что повышает гибкость лазерной обработки. Поэтому при выборе лазера необходимо учитывать различные параметры и ваши реальные потребности. Только таким образом лазер сможет проявить свою максимальную эффективность. Импульсные Nd:YAG-лазеры, предлагаемые компанией Xinte Optoelectronics, подходят для промышленного и научного применения. Надежные и стабильные импульсные Nd:YAG-лазеры обеспечивают выходную мощность импульса до 1,5 Дж на длине волны 1064 нм с частотой повторения до 100 Гц.
Дата публикации: 17 мая 2024 г.
