Was ist ein Faserlaser? Definition, Funktionen, Prinzipien, Typen und mehr

Was ist ein Faserlaser?

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 anpassungsfähig in der Verarbeitung 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 doppelummantelte 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 durch Glasfasergeräte und Lichtwellenleiter, die den Strukturaufwand deutlich reduzieren 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 zweier unterschiedlicher Arten von Glasfasern verwendet wird, kann den Verbindungsverlust unterschiedlicher Arten von Glasfasern 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.

Kontinuierlicher Laser

Der kontinuierliche Laser strahlt kontinuierlich Lichtstrahlen mit einer Spitzenleistung von 120 kW aus. Er wird zum Schneiden, Schweißen, Löten und Bohren verwendet. Der halbkontinuierliche Laser (QCW) ist im Wesentlichen immer noch gepulst, hat jedoch eine längere Pulsbreite und eine Spitzenleistung von 23 kW. Er wird zum Schneiden, Lichtbogenschweißen, Bohren, Löten und Metallabschrecken (Verbesserung der Metallduktilität, Verringerung des Gleichstromwiderstands) verwendet und eignet sich besonders zum Ersetzen von lampengepumpten YAG-Lasern beim Punktschweißen, Nahtschweißen und Bohren. 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 1 MW beim Ritzen, Ätzen, Bohren, Oberflächenbehandeln, Abschrecken und Markieren. Nanosekundenlaser (kürzere Pulsbreite für Mikrofinish) werden zum Abschrecken, Schneiden von Siliziumwafern und Glas verwendet. Pikosekundenlaser (Pulsbreite erreicht Pikosekundenniveau) haben eine Spitzenleistung von mehr als 10 MW und werden zum Schwärzen, Schneiden von Saphir und Glas sowie zum Schneiden von Photovoltaik und OLED verwendet. Femtosekundenlaser (Pulsbreite bis zum Femtosekundenniveau) haben eine Spitzenleistung von mehr als 29 MW und werden zum Blechschneiden, Bohren, zur hochpräzisen Verarbeitung und in der Augenchirurgie verwendet.

Kosten für Faserlaser

Faserlasergravierer

Eine Maschine zum Gravieren und Herstellen mit einem Faserlaser kostet zwischen $3.500 und $28.500, basierend auf den gepulsten Laserleistungen von 20 W, 30 W, 50 W, 60 W, 70 W und 100 W.

Faserlaserschneider

A Faserlaser-Schneidemaschine Kosten von $14.200 bis $260.000 basierend auf den kontinuierlichen Laserleistungen von 1000 W, 1500 W, 2000 W, 3000 W, 4000 W, 6000 W, 8000 W, 10000 W, 12000 W, 15000 W, 20000 W, 30000 W und bis zu 40000 W.

Faserlaserschweißgerät

Der Preis für Faserlaserschweißgeräte liegt zwischen 5.400 und 58.000 $, je nach Typ. Dazu gehören tragbare Schweißgeräte (handgeführte Laserschweißpistole), automatische Schweißgeräte (mit CNC-Steuerung) und Roboterschweißgeräte mit kontinuierlichen Laserleistungen von 1000 W, 1500 W, 2000 W und 3000 W.

Faserlaser-Reiniger

Der Durchschnittspreis für eine neue Faserlaser-Reinigungsmaschine beträgt zwischen $5.000 und $19.500, basierend auf gepulsten Laserleistungen von 50 W, 100 W, 200 W, 300 W und kontinuierlichen Laserleistungen von 1.000 W, 1.500 W, 2.000 W, 3.000 W.