Was ist ein Faserlaser?
Ein Faserlaser ist ein Festkörperlaser, der mit Seltenerdelementen dotierte Glasfasern als Verstärkungsmedium verwendet und sich durch eine hohe photoelektrische Umwandlungseffizienz, eine einfache Struktur und eine gute Strahlqualität auszeichnet. Er ist zum Mainstream der Entwicklung und industriellen Anwendung von Lasertechnologie geworden. Aufgrund des geringen Platzbedarfs von Glasfasern kann er in einer Vielzahl von Fällen eingesetzt werden und wird häufig im Bereich der nachgelagerten Herstellung und Verarbeitung verwendet. Faserlaser sind sehr verarbeitungstauglich und können in allen Anwendungen eingesetzt werden. Darüber hinaus ist die Strahlqualität besser, was den Effekt der Kostensenkung und Effizienzsteigerung für Fertigungsunternehmen maximieren kann.
Funktionen des Faserlasers
• Die entsprechende LD-Lichtquelle mit hoher Leistung und geringer Helligkeit im Absorptionsspektrum von Seltenerdelementen kann durch die doppelt ummantelte Faserstruktur gepumpt werden, um einen hochhellen Singlemode-Laser auszugeben.
• Kleines und flexibles Design, hohe Umwandlungseffizienz und Betrieb unter rauen Bedingungen mit gutem Kühlsystem.
• Erzeugte Strahlen mit guter Qualität, hoher Umwandlungseffizienz und niedriger Schwelle.
• Die Laserleistung im 0.38–4-µm-Band kann durch die Verwendung verschiedener Seltenerdelemente realisiert werden, die Wellenlängenauswahl ist einfach und abstimmbar und der Abstimmbereich ist groß.
• Hoher Grad an Übereinstimmung mit vorhandenen optischen Kommunikationssystemen und gute Kopplung.
• Niedrige Kosten mit Glasfasergeräten und Lichtwellenleitern, wodurch die Strukturkosten erheblich gesenkt werden können.
Zusammensetzung & Prinzip
Wie andere Lasertypen besteht ein Faserlaser aus drei Teilen: einem Verstärkungsmedium, einer Pumpquelle und einem Resonanzhohlraum. Als Verstärkungsmedium werden im Kern mit Seltenerdelementen dotierte aktive Fasern verwendet. Im Allgemeinen wird als Pumpquelle ein Halbleiterlaser verwendet. Der Resonanzhohlraum besteht im Allgemeinen aus Spiegeln, Faserendflächen, Faserschleifenspiegeln oder Fasergittern. Der spezifische Arbeitsvorgang ist wie folgt: Im Arbeitszustand absorbiert die aktive Faser (Verstärkungsfaser) die von der Pumpquelle bereitgestellte Energie und verstärkt den Ausgangslaser, nachdem er durch den Resonanzhohlraum verstärkt wurde, der aus der aktiven Faser und dem Fasergitter besteht.
Saatgutquelle
Auch als Signalquelle bekannt, ist es das Objekt der Strahlungsverstärkung im Laserverstärkungssystem. Der Laser, der ein Signal mit geringer Leistung liefert, wird als „Seed“ verwendet, damit das Verstärkungssystem entsprechend dem Zustand dieses „Seeds“ verstärken kann.
Aktive optische Faser
Die aktive Faser wird als Verstärkungsmedium verwendet und ihre Funktion besteht darin, die Energieumwandlung von Pumplicht in Signallicht zu realisieren, um eine Verstärkung zu erreichen.
Passive Glasfaser
Passive Glasfasern erfüllen hauptsächlich die Funktion der Lichtübertragung und sind nicht an der Wellenlängenumwandlung beteiligt. In Faserlasersystemen gibt es hauptsächlich Fasergitter, passive Anpassungsfasern in Faserisolatoren und passive Multimode-Großkern-Energieübertragungsfasern in Laserenergieübertragungskomponenten. Gegenwärtig können die passiven Glasfaserprodukte inländischer Lieferanten den Produktionsbedarf grundsätzlich decken, und nur eine kleine Menge passiver Glasfasern, die für Produkte mit ultrahoher Leistung verwendet werden, muss noch importierte Glasfaser verwenden.
Faserlaseroptik
Pumpenquelle
Es kann als direkte Lichtquelle für industrielle Halbleiterlaser zur Ausgabe von Laserlicht verwendet werden und kann auch als Pumplichtquelle verwendet werden, um Hochleistungs-Pumplicht mit hoher Helligkeit für Faserlaser bereitzustellen.
Pumpenkombinierer
Um eine Pumplaserleistung mit höherer Leistung zu erzielen, können die Laser mehrerer Pumpquellen in die Glasfaser eingekoppelt werden.
Energiekombinierer
Es kann die Energie mehrerer Hochleistungs-Faserlasermodule überlagern und ist das Kerngerät zur Realisierung einer kombinierten Multimode-Laserstrahlausgabe.
Fasergitter
Ein Beugungsgitter, das durch axiale periodische Modulation des Brechungsindex des Faserkerns durch eine bestimmte Methode gebildet wird. Es gehört zu einem passiven Filtergerät und ist auch ein notwendiger Bestandteil eines Resonators. Es bestimmt die Ausgangswellenlänge und Bandbreite des Lasers und kann den Lasermodus und die Strahlqualität steuern.
Laserkopf
Es handelt sich um eine wichtige Komponente, die eine flexible Ausgabe eines Hochleistungslasers über große Entfernungen am Anwendungsort ermöglicht und mit dem Bearbeitungssystem kompatibel ist, sodass die vom Laser erzeugte Laserstrahlung auf das zu bearbeitende Material übertragen wird, um die Laserbearbeitungsanwendung abzuschließen.
Isolator
Es kann den Laser wirksam schützen und verhindern, dass das zurückgestrahlte Licht andere optische Komponenten beschädigt.
Stripper
Es kann das Mantellicht im Laser effektiv abstreifen, zugehörige Geräte schützen und die Qualität des ausgegebenen Laserstrahls verbessern. Der akustooptische Modulator wird hauptsächlich im Resonator verwendet und moduliert den erforderlichen Laserimpuls durch Hochfrequenz-Antriebsmodulationstechnologie. Es handelt sich um Kernkomponenten eines Q-Switch-Pulsfaserlasers.
Mustervergleicher
Das Kerngerät, das zum Verbinden von zwei unterschiedlichen Glasfasertypen verwendet wird, kann den Verbindungsverlust unterschiedlicher Glasfasertypen minimieren und die Anpassung des Lasermodus-Modusfelds optimieren.
Arten und Anwendungen
Basierend auf dem Arbeitsmodus gibt es zwei am häufigsten verwendete Arten von Faserlasern: Dauerlaser und gepulster Laser. Sie können zum Schneiden, Schweißen, Gravieren, Markieren, Reinigen und für andere Zwecke verwendet werden.
Dauerlaser
Der kontinuierliche Laser emittiert kontinuierlich Lichtstrahlen mit einer Spitzenleistung von 120KW. Es wird zum Schneiden, Schweißen, Löten und Bohren verwendet. Der halbkontinuierliche Laser (QCW) ist im Wesentlichen immer noch gepulst, jedoch mit einer längeren Pulsbreite und einer Spitzenleistung von 23KW, das beim Schneiden, Lichtbogenschweißen, Bohren, Löten und Abschrecken von Metallen (Verbesserung der Metallduktilität, Verringerung des Gleichstromwiderstands) verwendet wird und sich besonders zum Ersetzen lampengepumpter YAG-Laser bei Punktschweiß-, Nahtschweiß- und Bohranwendungen eignet. Es gibt eine gewisse Überschneidung mit dem verwendeten kontinuierlichen Laser.
Gepulster Laser
Gepulste Laser können in Nanosekunden-, Pikosekunden- und Femtosekunden-Pulslaser unterteilt werden. Nanosekundenlaser (längere Pulsbreite) haben eine Spitzenleistung von 2 MW beim Ritzen, Ätzen, Bohren, Oberflächenbehandeln, Abschrecken und Markieren. Nanosekundenlaser (kürzere Pulsbreite für Mikrofinish) werden zum Abschrecken sowie zum Schneiden von Siliziumwafern und Glas verwendet. Pico-Sekundenlaser (Pulsbreite erreicht Pico-Sekunden-Niveau) haben eine Spitzenleistung von über 2 MW und werden zum Schwärzen, Saphir- und Glasschneiden sowie zum Schneiden von Photovoltaik und OLEDs verwendet. Femto-Sekundenlaser (Pulsbreite bis Femto-Sekunden-Niveau) haben eine Spitzenleistung von über 1 MW und werden zum Blechschneiden, Bohren, zur hochpräzisen Verarbeitung und in der Augenchirurgie verwendet.
Kosten für Faserlaser
Eine Faserlaser-Gravier- und Herstellungsmaschine kostet ab $3500 bis $28,500 basierend auf den gepulsten Laserleistungen von 20W, 30W, 50W, 60W, 70W und 100W.
Eine Faserlaserschneidmaschine kostet ab $14,200 zu $260,000 basierend auf der kontinuierlichen Laserleistung von 1000W, 1500W, 2000W, 3000W, 4000W, 6000W, 8000W, 10000W, 12000W, 15000W, 20000W, 30000Wund bis zu 40000W.
Ein Faserlaserschweißgerät hat eine Preisspanne von $5400 bis $58,000 basierend auf verschiedenen Typen, einschließlich tragbarer (handgeführter Laserschweißbrenner) Schweißer, automatischer (CNC-gesteuerter) Schweißer, Roboterschweißer mit kontinuierlicher Laserleistung von 1000W, 1500W, 2000W und 3000W.
Der durchschnittliche Preis für eine neue Faserlaser-Reinigungsmaschine beträgt $5000 bis $19,500 basierend auf den gepulsten Laserleistungen von 50W, 100W, 200W, 300Wund kontinuierliche Laserleistungen von 1000W, 1500W, 2000W, 3000W.
