Il pprincipio del laser
Il laser è costituito da una sorgente della pompa, un mezzo di guadagno con un livello di energia metastabile e un risonatore. Prendendo ad esempio il laser a fibra pompato a semiconduttore, il processo specifico di generazione laser può essere suddiviso in dettaglio nei seguenti cinque passaggi:
Nella prima fase, viene introdotta la luce della pompa e il laser a semiconduttore, come sorgente della pompa del laser, emette la luce della pompa con una certa larghezza di linea ed entra nella fibra dopo aver attraversato il combinatore del fascio;
Nella seconda fase, il mezzo di guadagno viene eccitato e la fibra di guadagno assorbe la luce della pompa di una lunghezza d'onda specifica, il che rende la transizione del livello di energia della particella allo stato metastabile;
Nella terza fase, i fotoni sono formati dall'emissione spontanea e le particelle di stato metastabili passano spontaneamente verso il basso per rilasciare energia, producendo fotoni con direzioni e fasi diverse;
Il quarto passo è realizzare l'amplificazione ottica mediante radiazione stimolata. I fotoni che si muovono lungo l'asse possono spostarsi avanti e indietro tra gli specchi (reticoli) (i fotoni che non corrono lungo l'asse fuoriescono rapidamente) e i fotoni possono generare fotoni omogenei quando incontrano particelle ad alta energia (metastabili) nel mezzo di guadagno, in modo da ottenere l'effetto di amplificazione ottica;
Il quinto passo, l'uscita laser, dopo aver raggiunto determinati requisiti per ottenere la forma continua o a impulsi dell'uscita laser.
Classificazione laser
Esistono quattro classificazioni comuni di laser: guadagno medio, potenza di uscita, modalità operativa e ampiezza dell'impulso.
Secondo il mezzo di guadagno: il mezzo di guadagno del laser include gas, liquido e solido. Il mezzo di guadagno specifico determina la lunghezza d'onda del laser, la potenza di uscita e il campo di applicazione. Il laser a gas CO 2 è rappresentativo di gas, laser a rubino, laser a semiconduttore, laser a fibra e laser YAG sono rappresentativi di solidi.
Secondo la potenza di uscita: può essere diviso in piccola potenza (0-100w), media potenza (100-1kw) e alta potenza (sopra 1 kW); ma a volte è definito come potenza media nell'intervallo di 1 00-1. 5 kw. Diverse potenze laser si adattano a diversi scenari applicativi.
Secondo la modalità di lavoro: può essere diviso in laser continuo e laser a impulsi. Il laser CW può emettere in modo continuo per un lungo periodo di tempo, con funzionamento stabile ed elevato effetto termico. Il laser a impulsi viene emesso sotto forma di impulso, caratterizzato da un'elevata potenza di picco e da un piccolo effetto termico. In base alla durata del tempo dell'impulso, il laser ad impulsi può essere ulteriormente suddiviso in millisecondi, microsecondi, nanosecondi, picosecondi e femtosecondi. In generale, più breve è il tempo dell'impulso, maggiore è l'energia del singolo impulso, minore è la larghezza dell'impulso e maggiore è la precisione di elaborazione.
In base alla lunghezza d'onda di uscita: può essere diviso in laser a infrarossi, laser visibile, laser UV, ecc. Diverse strutture di materiali possono assorbire diversi intervalli di lunghezze d'onda, ad esempio il metallo ha un assorbimento nel vicino infrarosso più elevato.
Il laser a fibra presenta notevoli vantaggi nella lavorazione dei materiali
Il laser a fibra promuove lo sviluppo di metodi di elaborazione laser in ampiezza e profondità. Nel campo tradizionale, il laser ad alta potenza promuove la penetrazione delle apparecchiature laser nel taglio, saldatura, marcatura e altri collegamenti di apparecchiature di fascia alta come aerospaziale, trasporto, ecc. Nel campo emergente, il laser a fibra amplia la profondità di elaborazione laser e costituisce un mercato incrementale, includendo principalmente l'elaborazione di precisione in elettronica di consumo, fotovoltaico, batteria al litio, semiconduttori e altri campi.
Dal punto di vista tecnico, il laser a fibra è superiore ad altri laser. I vantaggi tecnici del laser a fibra per l'elaborazione sono: 1) buona qualità del fascio, facile da ottenere ad alta potenza. 2) L'ampia superficie della fibra ottica, una buona dissipazione del calore. 3) Il percorso ottico è completamente chiuso, con buona stabilità, lunga durata e minore manutenzione. 4) Dimensioni ridotte, trasmissione flessibile. 5) La lunghezza d'onda è nell'intervallo di 700 nm -2000nm, che è più applicabile nel campo della lavorazione dei materiali.
Dal punto di vista dei costi, il laser in fibra ha un vantaggio prestazionale molto elevato. Prendi il laser CO 2 come confronto:
1) A causa dell'elevata qualità del raggio e dell'elevato tasso di assorbimento del materiale, la velocità di elaborazione del laser a fibra è maggiore. Prendendo ad esempio il taglio del piatto sottile, la velocità di taglio del laser a fibra può raggiungere 2-3 volte quella del laser a CO 2 con la stessa potenza;
2) Il tasso di conversione elettro-ottico del laser a fibra è superiore al 30% e il consumo di energia è basso. Il percorso ottico della CO 2 laser' dipende completamente dal riflettore. Il percorso ottico decade rapidamente e la perdita di energia è maggiore. Il tasso di conversione elettro-ottico è inferiore al 10%;
3)La struttura del laser a fibra è semplice e stabile, il percorso ottico esterno è esente da manutenzione, il tempo medio tra i guasti è superiore a 100000 ore e praticamente non ci sono materiali di consumo. La struttura del sistema laser CO 2 è complessa, il riflettore e il risonatore richiedono una manutenzione regolare, i costi di sostituzione dei cuscinetti della turbina sono costosi e i costi di manutenzione elevati.
Confrontando i principali parametri prestazionali del laser industriale kilowatt sul mercato, rispetto ad altri laser, il laser a fibra presenta i vantaggi di una buona qualità del raggio laser di uscita, elevata densità energetica, alta efficienza elettro-ottica, facile da usare, una vasta gamma di materiali lavorabili , bassi costi operativi complessivi, ecc., quindi è ampiamente utilizzato in intaglio / marcatura, taglio / perforazione, ecc., rivestimento / saldatura, trattamento superficiale, prototipazione rapida e altri campi di elaborazione e comunicazione ottica dei materiali, noto come quot GG; quot&laser di terza generazione; hanno ampie prospettive applicative.
Il laser si trova al centro della catena industriale del laser e la Cina è diventata il mercato laser più grande e in più rapida crescita al mondo. Il laser è il componente ottico principale dell'apparecchiatura laser terminale, che si trova nella posizione centrale dell'intera catena industriale. Allo stesso tempo, dal punto di vista dei costi, il costo del laser rappresenta circa il 30% - 50% del costo totale dell'apparecchiatura, che è il componente principale più prezioso dell'attrezzatura laser.