Lazer prensibi
Lazer bir pompa kaynağından, yarı kararlı enerji seviyesine sahip bir kazanç ortamından ve bir rezonatörden oluşur. Yarı iletken pompalı fiber lazeri örnek olarak alırsak, lazer üretiminin spesifik süreci ayrıntılı olarak aşağıdaki beş adıma ayrılabilir:
- İlk adımda, pompa ışığı tanıtılır ve lazerin pompa kaynağı olan yarı iletken lazer, belirli bir çizgi genişliği ile pompa ışığını yayar ve ışın birleştiriciden geçtikten sonra fibere girer;
- İkinci adımda, kazanç ortamına enerji verilir ve kazanç fiberi belirli bir dalga boyundaki pompa ışığını emer, bu da parçacığın enerji seviyesinden yarı kararlı duruma geçişini sağlar;
- Üçüncü adımda, fotonlar kendiliğinden emisyonla oluşturulur ve yarı kararlı durum parçacıkları, enerjiyi serbest bırakmak için kendiliğinden aşağıya doğru geçiş yaparak farklı yönlerde ve fazlarda fotonlar üretir;
- Dördüncü adım, uyarılmış radyasyonla optik amplifikasyonu gerçekleştirmektir. Eksen boyunca hareket eden fotonlar aynalar (ızgaralar) arasında ileri geri hareket edebilir (eksen boyunca ilerlemeyen fotonlar hızla kaçar) ve fotonlar, optik amplifikasyon etkisi elde etmek için kazanç ortamında yüksek-enerjili (yarı kararlı) parçacıklarla karşılaştıklarında homojen fotonlar üretebilir;
- Beşinci adım, lazer çıkışı, sürekli veya darbeli lazer çıkışı elde etmek için belirli gereksinimlere ulaştıktan sonra.
Lazer sınıflandırması
Lazerlerin dört yaygın sınıflandırması vardır: kazanç ortamı, çıkış gücü, çalışma modu ve darbe genişliği.
Kazanç ortamına göre: Lazerin kazanç ortamı gaz, sıvı ve katıyı içerir. Spesifik kazanç ortamı lazer dalga boyunu, çıkış gücünü ve uygulama alanını belirler. CO2 gazı lazeri gazı, yakut lazeri, yarı iletken lazeri, fiber lazeri ve YAG lazeri katıyı temsil eder.
Çıkış gücüne göre: küçük güce (0-100w), orta güce (100-1kw) ve yüksek güce (1kW'ın üstünde) ayrılabilir; ancak bazen 100-1.5kw aralığında orta güç olarak da tanımlanır. Farklı lazer gücü, farklı uygulama senaryolarına uyum sağlar.
Çalışma moduna göre: sürekli lazer ve darbeli lazere ayrılabilir. CW lazer, istikrarlı çalışma ve yüksek termal etki ile uzun bir süre boyunca sürekli olarak çıkış yapabilir. Darbe lazeri, yüksek tepe gücü ve küçük termal etki ile karakterize edilen bir darbe biçiminde çıkar.
İki çalışma modunun-bire-karşılaştırılması için bkz.CW ve QCW lazer farklılıkları.
Darbe süresinin uzunluğuna göre darbe lazeri ayrıca milisaniye, mikrosaniye, nanosaniye, pikosaniye ve femtosaniyeye bölünebilir. Genel olarak konuşursak, darbe süresi ne kadar kısa olursa, tek darbe enerjisi o kadar yüksek, darbe genişliği o kadar dar ve işleme doğruluğu o kadar yüksek olur.
Darbeli ve sürekli çalışma arasında bilinmeye değer bir hibrit bulunur: bizimQCW yarı-sürekli lazer kılavuzu.
Çıkış dalga boyuna göre: kızılötesi lazer, görünür lazer, UV lazer vb. olarak ayrılabilir. Malzemelerin farklı yapıları farklı dalga boyu aralığını emebilir; örneğin metalin yakın-kızılötesi emilimi daha yüksektir.
Fiber lazer malzeme işlemede olağanüstü avantajlara sahiptir
Fiber lazer, lazer işleme yöntemlerinin genişlik ve derinlik açısından geliştirilmesini teşvik eder. Geleneksel alanda, yüksek-güçlü lazer, lazer ekipmanının kesme, kaynaklama, markalama ve havacılık, ulaşım vb. gibi yüksek-son teknolojiye sahip ekipmanların diğer bağlantılarına nüfuz etmesini teşvik eder. Yeni ortaya çıkan alanda, fiber lazer, lazer işlemenin derinliğini genişletir ve temel olarak tüketici elektroniği, fotovoltaik, lityum pil, yarı iletken ve diğer alanlarda hassas işleme dahil olmak üzere artan bir pazar oluşturur.
Teknik açıdan fiber lazer diğer lazerlere göre üstündür. İşleme için fiber lazerin teknik avantajları şunlardır: 1) iyi ışın kalitesi, yüksek güce ulaşmak kolay. 2) Optik fiberin geniş yüzey alanı, iyi ısı dağılımı. 3) Optik yol tamamen kapalıdır, iyi stabilite, uzun servis ömrü ve daha az bakım vardır. 4) Küçük boyut, esnek iletim. 5) Dalga boyu, malzeme işleme alanında daha uygulanabilir olan 700nm-2000nm aralığındadır.
Maliyet açısından bakıldığında fiber lazerin çok yüksek-maliyet performansı avantajı vardır. Karşılaştırma olarak CO2 lazeri ele alalım:
- Yüksek ışın kalitesi ve yüksek malzeme emme oranı nedeniyle fiber lazerin işlem hızı daha hızlıdır. İnce levhaların kesilmesini örnek alırsak, fiber lazerin kesme hızı aynı güçteki CO2 lazerin 2-3 katına ulaşabilmektedir;
- Fiber lazerin elektro-optik dönüşüm oranı %30'un üzerindedir ve güç tüketimi düşüktür. CO2 lazerin optik yolu tamamen reflektöre bağlıdır. Optik yol hızla bozulur ve enerji kaybı daha fazla olur. Elektro-optik dönüşüm oranı %10'un altındadır;
- Fiber lazerin yapısı basit ve kararlıdır, harici optik yol bakım gerektirmez-, arızalar arasındaki ortalama süre 100000 saatten fazladır ve temelde hiçbir sarf malzemesi yoktur. CO2 lazer sisteminin yapısı karmaşıktır, reflektör ve rezonatörün düzenli bakıma ihtiyacı vardır, türbin yatağı değiştirme maliyeti pahalıdır ve bakım maliyeti yüksektir.
Piyasadaki kilowatt endüstriyel lazerin ana performans parametrelerini diğer lazerlerle karşılaştırıldığında, fiber lazer, iyi çıktı lazer ışını kalitesi, yüksek enerji yoğunluğu, yüksek elektro{0}}optik verimlilik, kullanımı kolay, geniş bir işlenebilir malzeme yelpazesi, düşük kapsamlı işletme maliyeti vb. avantajlara sahiptir; bu nedenle, oyma/işaretleme, kesme/delme vb., kaplama/kaynak, yüzey işleme, hızlı prototipleme ve diğer malzeme işleme ve optik iletişim alanlarında yaygın olarak kullanılır. "üçüncü-nesil lazer"in geniş uygulama olanakları vardır.
Lazer, lazer endüstrisi zincirinin merkezinde yer alıyor ve Çin, dünyanın en büyük ve{0}en hızlı büyüyen lazer pazarı haline geldi. Lazer, tüm endüstriyel zincirin merkezi konumunda bulunan terminal lazer ekipmanının temel optik bileşenidir. Aynı zamanda, maliyet açısından bakıldığında, lazer maliyeti, lazer ekipmanının en değerli temel bileşeni olan ekipmanın toplam maliyetinin yaklaşık %30 - 50%'ini oluşturur.
İleriye baktığımızda, sektör birçok kişinin "gelecek" dediği şeye giriyor.Önümüzdeki otuz yılda lazer gelişiminin altın çağı.