Inhaltsverzeichnis
Was ist ein Faserlaser?
Eigenschaften von Faserlasern
Zusammensetzung und Prinzip
Faserlaseroptik
Arten und Verwendungen
Kosten für Faserlaser
Was ist ein Faserlaser?
Ein Faserlaser ist eine Art Festkörperlaser, bei dem das Verstärkungsmedium Glasfaser ist, die mit Seltenerdelementen dotiert ist. Dies ermöglicht eine hohe photoelektrische Umwandlungseffizienz, einen einfachen Aufbau und eine gute Strahlqualität.
Dieses System ist in der Entwicklung der Lasertechnologie und in industriellen Anwendungen zum Mainstream geworden. Zu den Gründen dafür gehört unter anderem der geringe Platzbedarf der optischen Faser, was eine breite Anwendbarkeit und eine hohe Nutzungsrate in den nachgelagerten Fertigungs- und Verarbeitungsbereichen bedeutet. Ein weiterer Grund ist die hohe Bearbeitungsanpassungsfähigkeit des Faserlasers, die seinen Einsatz in vielen Anwendungen ermöglicht. Darüber hinaus verfügt es über eine verbesserte Strahlqualität, was den Effekt der Kostensenkung und Effizienzsteigerung für produzierende Unternehmen maximieren kann.
Eigenschaften von Faserlasern
- Ein Single-Mode-Laser mit hoher Helligkeit, der durch das Pumpen der leistungsstarken LD-Lichtquelle mit geringer Helligkeit aus dem Absorptionsspektrum der Seltenerdelemente durch die doppelt ummantelte Faserstruktur erreicht wird.
- Kleines und flexibles Design, hohe Umwandlungseffizienz und die Fähigkeit, dank seines effektiven Kühlsystems unter rauen Bedingungen zu arbeiten.
- Erzeugung hochwertiger Strahlen mit hoher Konversionseffizienz und niedrigem Schwellenwert.
- Eine Laserleistung im 0.38-4-um-Band, realisiert durch die Verwendung verschiedener Seltenerdelemente.
- Eine einfache und abstimmbare Wellenlängenauswahl und ein großer Abstimmbereich.
- Gute Kopplung und hohe Kompatibilität mit bestehenden optischen Kommunikationssystemen.
- Glasfasergeräte und optische Fasern, wodurch die Strukturkosten erheblich gesenkt werden.
Zusammensetzung und Prinzip
Wie andere Lasertypen besteht ein Faserlaser aus drei Teilen: einem Verstärkungsmedium, einer Pumpquelle und einem Resonanzhohlraum. Als Verstärkungsmedium verwendet der Faserlaser aktive Fasern, die in ihrem Kern mit Seltenerdelementen dotiert sind. Als Pumpquelle wird im Allgemeinen ein Halbleiterlaser verwendet. Der Resonanzhohlraum besteht normalerweise aus Spiegeln, Faserendflächen, Faserschleifenspiegeln oder Fasergittern.
Der konkrete Arbeitsprozess ist wie folgt: Im Arbeitszustand nimmt die aktive Faser (Gain-Faser) die von der Pumpquelle bereitgestellte Energie auf. Anschließend wird der Ausgangslaser durch den Resonanzhohlraum verstärkt, der aus der aktiven Faser und dem Fasergitter besteht.
Samenquelle
Die Seed-Quelle, auch Signalquelle genannt, ist Gegenstand der Strahlungsverstärkung im Laserverstärkungssystem. Hier wird der Laser, der ein Signal mit geringer Leistung liefert, als „Seed“ verwendet, um eine Verstärkung des Verstärkungssystems entsprechend dem Zustand dieses „Seeds“ zu ermöglichen.
Aktive optische Faser
Die aktive Faser wird als Verstärkungsmedium verwendet und hat die Funktion, durch Umwandlung der Energie von Pumplicht in Signallicht eine Verstärkung zu erreichen.
Passive Glasfaser
Die passive optische Faser übernimmt hauptsächlich die Funktion der Lichtübertragung und ist nicht an der Wellenlängenumwandlung beteiligt. In Faserlasersystemen gibt es hauptsächlich Fasergitter, in Faserisolatoren passive Anpassungsfasern und in den Laserenergieübertragungskomponenten passive Multimode-Energieübertragungsfasern mit großem Kern.
Derzeit können diese passiven Glasfaserprodukte von inländischen Lieferanten den Produktionsbedarf nahezu decken, da nur noch ein kleiner Teil der in Ultrahochleistungsprodukten verwendeten passiven Glasfasern noch importierte Glasfasern verwendet.
Faserlaseroptik
Pumpquelle
Die Pumpquelle kann als direkte Lichtquelle zur Ausgabe des Laserlichts in industriellen Halbleiterlasern verwendet werden. Darüber hinaus kann es als Pumplichtquelle verwendet werden, um ein Hochleistungs-Pumplicht mit hoher Helligkeit für Faserlaser bereitzustellen.
Pumpenkombinator
Die Laser mehrerer Pumpquellen können kombiniert und in die optische Faser eingespeist werden, um eine Pumplaserleistung mit höherer Leistung zu erzielen.
Energiekombinator
Der Energiekombinierer kann Energie aus mehreren Hochleistungsfaserlasermodulen überlagern. Es ist auch ein zentrales Gerät bei der Erzeugung einer Multimode-Laserstrahlausgabe.
Fasergitter
Ein Fasergitter ist ein Beugungsgitter, das durch periodische axiale Modulation des Brechungsindex des Faserkerns über eine bestimmte Methode gebildet wird. Fasergitter gehören zu einer passiven Filtervorrichtung und sind eine notwendige Komponente in jedem Resonator. Es bestimmt außerdem die Ausgangswellenlänge und Bandbreite des Lasers und kann den Lasermodus und die Strahlqualität steuern.
Der Laserkopf
Der Laserkopf ist eine wichtige Komponente, um die weitreichende und flexible Leistung des Hochleistungslasers am Einsatzort zu realisieren. Es ist auch mit dem Bearbeitungssystem kompatibel, was bedeutet, dass der vom Laser erzeugte Laser auf das Bearbeitungsmaterial übertragen werden kann, um die Laserbearbeitungsanwendung abzuschließen.
Isolator
Der Isolator schützt den Laser und verhindert, dass das zurückkommende Licht andere optische Komponenten beschädigt.
Stripper
Der Stripper kann das Mantellicht im Laser effektiv entfernen, alle zugehörigen Geräte schützen und die Qualität des ausgegebenen Laserstrahls verbessern. Der akusto-optische Modulator wird hauptsächlich innerhalb des Resonators verwendet, um den erforderlichen Laserimpuls mithilfe der Hochfrequenz-Antriebsmodulationstechnologie zu modulieren. Es ist eine der Kernkomponenten des gütegeschalteten Pulsfaserlasers.
Mustervergleicher
Der Mustervergleicher ist ein Kerngerät, das zum Verbinden zweier verschiedener Arten von optischen Fasern verwendet wird, um Verbindungsverluste zu minimieren und die Anpassung des Lasermodusfeldes zu optimieren.
Arten und Verwendungen
Je nach Arbeitsmodus sind die beiden am häufigsten verwendeten Arten von Faserlasern der kontinuierliche Laser und der gepulste Laser. Diese können beim Schneiden, Schweißen, Gravieren, Markieren, Reinigen und anderen Szenarien verwendet werden.
Kontinuierlicher Laser
Der Dauerlaser sendet einen Dauerlichtstrahl mit einer Spitzenleistung von 120 kW aus. Es wird zum Schneiden, Schweißen, Löten und Bohren verwendet. Der halbkontinuierliche Laser (QCW) ist immer noch gepulst, jedoch mit einer längeren Pulsbreite und einer Spitzenleistung von 23 kW. Er wird beim Schneiden, Lichtbogenschweißen, Bohren, Hartlöten und Abschrecken von Metallen verwendet (Verbesserung der Metallduktilität und Reduzierung des Gleichstromwiderstands). Es eignet sich besonders als Ersatz für lampengepumpte YAG-Laser beim Punktschweißen sowie bei Nahtschweiß- und Bohranwendungen. Es gibt gewisse Überschneidungen in der Funktionalität mit dem kontinuierlichen Laser.
Gepulster Laser
Gepulste Laser können in gepulste Nanosekunden-, Pikosekunden- und Femtosekundenlaser unterteilt werden. Der Nanosekundenlaser mit längerer Pulsbreite hat eine Spitzenleistung von 1 MW und wird zum Ritzen, Ätzen, Bohren, Oberflächenbehandlung, Abschrecken und Markieren verwendet. Der Nanosekundenlaser mit kürzerer Pulsbreite für die Mikrobearbeitung wird zum Abschrecken, zum Schneiden von Siliziumwafern und Glas verwendet.
Der Pikosekundenlaser mit einer Impulsbreite, die den Pikosekundenbereich erreicht, hat eine Spitzenleistung von mehr als 10 MW und wird zum Schwärzen, Saphir- und Glasschneiden sowie Photovoltaik- und OLED-Schneiden verwendet. Der Femtosekundenlaser mit einer Pulsbreite bis zur Femtosekundenebene hat eine Spitzenleistung von mehr als 29 MW und wird zum Blechschneiden, Bohren, hochpräzisen Bearbeiten und für die Augenchirurgie verwendet.
Kosten für Faserlaser
Faserlasergravierer
Der Preis für eine Faserlaser-Gravur- und Herstellungsmaschine liegt normalerweise zwischen 3,500 und 28,500 US-Dollar, abhängig von der gepulsten Laserleistung, die zwischen 20 W, 30 W, 50 W, 60 W, 70 W und 100 W liegt.
Faserlaserschneider
Eine Faserlaserschneidemaschine kostet zwischen 14,200 und 260,000 US-Dollar, abhängig von der kontinuierlichen Laserleistung, die zwischen 1000 W, 1500 W, 2000 W, 3000 W, 4000 W, 6000 W, 8000 W, 10000 W, 12000 W, 15000 W, 20000 W und 30000 W liegt und bis zu 40000 W.
Faserlaser-Schweißgerät
Der Preis für ein Faserlaserschweißgerät liegt zwischen 5,400 und 58,000 US-Dollar, abhängig von den verschiedenen Typen, darunter tragbare Schweißgeräte (handgeführte Laserschweißpistole), automatische Schweißgeräte (CNC-Steuerung) und Roboterschweißgeräte mit kontinuierlichen Laserleistungen von 1000 W, 1500 W, 2000 W usw 3000W.
Faserlaserreiniger
Der Durchschnittspreis für eine neue Faserlaser-Reinigungsmaschine liegt zwischen 5,000 und 19,500 US-Dollar, abhängig von der gepulsten Laserleistung, die zwischen 50 W, 100 W, 200 W, 300 W liegt, und der Dauerlaserleistung, die zwischen 1000 W, 1500 W, 2000 W und 3000 W liegt.
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