¿Qué es el láser de fibra? Definición, características, principios, tipos y más

¿Qué es el láser de fibra?

Láser de fibra es un láser de estado sólido que utiliza fibra de vidrio dopada con elementos de tierras raras como medio de ganancia, que se caracteriza por una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica, una estructura simple y una buena calidad del haz. Se ha convertido en la corriente principal del desarrollo de la tecnología láser y la aplicación industrial. Debido al pequeño tamaño de la fibra óptica, se puede utilizar en una amplia gama de ocasiones y tiene una alta tasa de uso en el campo de fabricación y procesamiento posteriores. Los láseres de fibra tienen una alta adaptabilidad de procesamiento y se pueden utilizar en cualquier aplicación. Además, la calidad del haz es mejor, lo que puede maximizar el efecto de reducción de costos y mejora de la eficiencia para las empresas de fabricación.

Características del láser de fibra

• La fuente de luz LD correspondiente de alta potencia y bajo brillo en el espectro de absorción de elementos de tierras raras se puede bombear a través de la estructura de fibra de doble revestimiento para generar un láser monomodo de alto brillo.
• Diseño pequeño y flexible, alta eficiencia de conversión y trabajo en condiciones difíciles con un buen sistema de enfriamiento.
• Se producen vigas de buena calidad, alta eficiencia de conversión y umbral bajo.
• La salida del láser en la banda de 0,38-4 um se puede lograr utilizando diferentes elementos de tierras raras, la selección de la longitud de onda es fácil y ajustable, y el rango de ajuste es amplio.
• Alto grado de adaptación a los sistemas de comunicación óptica existentes y buen acoplamiento.
• Bajo costo con dispositivos de fibra óptica y fibras ópticas, lo que puede reducir en gran medida el costo estructural.

Composición y principio

Al igual que otros tipos de láseres, un láser de fibra consta de tres partes: un medio de ganancia, una fuente de bombeo y una cavidad resonante. Utiliza fibras activas dopadas con elementos de tierras raras en el núcleo como medio de ganancia. Generalmente, se utiliza un láser semiconductor como fuente de bombeo. La cavidad resonante generalmente está compuesta por espejos, caras finales de fibra, espejos de bucle de fibra o rejillas de fibra. El proceso de trabajo específico es el siguiente: En el estado de trabajo, la fibra activa (fibra de ganancia) absorbe la energía proporcionada por la fuente de bombeo, amplifica el láser de salida después de ser amplificado por la cavidad resonante compuesta por la fibra activa y la rejilla de fibra.

Fuente de la semilla

También conocida como fuente de señal, es el objeto de amplificación de la radiación en el sistema de amplificación láser. El láser que proporciona una señal de baja potencia se utiliza como "semilla" para permitir que el sistema de amplificación amplifique según el estado de esta "semilla".

Fibra óptica activa

La fibra activa se utiliza como medio de ganancia y su función es realizar la conversión de energía de la luz de bombeo a luz de señal para lograr la amplificación.

Fibra óptica pasiva

La fibra óptica pasiva realiza principalmente la función de transmisión de luz y no participa en la conversión de longitud de onda. En los sistemas láser de fibra, existen principalmente rejillas de fibra, fibras de adaptación pasivas en aisladores de fibra y fibras de transmisión de energía de núcleo grande multimodo pasivas en componentes de transmisión de energía láser. En la actualidad, los productos de fibra óptica pasiva de proveedores nacionales pueden satisfacer básicamente las necesidades de producción, y solo una pequeña cantidad de fibra óptica pasiva utilizada para productos de potencia ultraalta aún necesita utilizar fibra óptica importada.

Óptica láser de fibra

Fuente de la bomba

Se puede utilizar como fuente de luz directa para láseres semiconductores industriales para emitir luz láser, y también se puede utilizar como fuente de luz de bombeo para proporcionar luz de bombeo de alta potencia y alto brillo para láseres de fibra.

Combinador de bombas

Los láseres de múltiples fuentes de bombeo se pueden acoplar a la fibra óptica para lograr una salida de láser de bombeo de mayor potencia.

Combinador de energía

Puede superponer la energía de múltiples módulos láser de fibra de alta potencia y es el dispositivo central para lograr una salida combinada de haz láser multimodo.

Rejilla de fibra

Rejilla de difracción formada mediante la modulación periódica axial del índice de refracción del núcleo de la fibra mediante un método determinado. Pertenece a un dispositivo de filtrado pasivo y también es un componente necesario de un resonador. Determina la longitud de onda de salida y el ancho de banda del láser, y puede controlar el modo láser y la calidad del haz.

Cabezal láser

Es un componente importante que puede realizar una salida flexible de larga distancia de láser de alta potencia en el sitio de aplicación y es compatible con el sistema de mecanizado, de modo que el láser generado por el láser se transmite al material de procesamiento para completar la aplicación de mecanizado láser.

Aislador

Puede proteger eficazmente el láser y evitar eficazmente que la luz de retorno dañe otros componentes ópticos.

Estriptista

Puede eliminar eficazmente la luz de revestimiento del láser, proteger los dispositivos relacionados y mejorar la calidad del haz láser de salida. El modulador acústico-óptico se utiliza principalmente dentro del resonador y modula el pulso láser requerido a través de la tecnología de modulación de accionamiento por radiofrecuencia. Es un componente básico del láser de fibra de pulso conmutado por Q.

Comparador de patrones

El dispositivo central utilizado para conectar dos tipos diferentes de fibras ópticas puede minimizar la pérdida de conexión de diferentes tipos de fibras ópticas y optimizar la coincidencia del campo de modo del láser.

Tipos y usos

Según el modo de funcionamiento, existen dos tipos de láseres de fibra más utilizados: el láser continuo y el láser pulsado. Se pueden utilizar para cortar, soldar, grabar, marcar, limpiar y otros usos.

Láser continuo

El láser continuo emite un haz de luz de forma continua, con una potencia máxima de 120 KW. Se utiliza en corte, soldadura, soldadura fuerte y perforación. El láser semicontinuo (QCW) sigue siendo pulsado en esencia, pero con un ancho de pulso más largo y una potencia máxima de 23 KW, que se utiliza en corte, soldadura por arco, perforación, soldadura fuerte, temple de metales (mejora de la ductilidad del metal, reducción de la resistencia de CC), especialmente adecuado para reemplazar los láseres YAG bombeados por lámpara en aplicaciones de soldadura por puntos, soldadura por costura y perforación. Existe una cierta superposición con el láser continuo en uso.

Láser pulsado

Los láseres pulsados se pueden dividir en láseres pulsados de nanosegundos, picosegundos y femtosegundos. El láser de nanosegundos (ancho de pulso más largo) tiene una potencia máxima de 1 MW para rayado, grabado, perforación, tratamiento de superficies, temple y marcado. El láser de nanosegundos (ancho de pulso más corto para microacabado) se utiliza para temple, corte de obleas de silicio y vidrio. El láser de picosegundos (el ancho de pulso alcanza el nivel de picosegundos) tiene una potencia máxima superior a 10 MW, que se utiliza para ennegrecer, cortar zafiro y vidrio, cortar fotovoltaica y OLED. El láser de femtosegundos (ancho de pulso hasta el nivel de femtosegundos) tiene una potencia máxima superior a 29 MW, que se utiliza para cortar chapa, taladrar, procesar con alta precisión y cirugía oftálmica.

Costos del láser de fibra

Grabador láser de fibra

Una máquina de grabado y fabricación de láser de fibra tiene un precio de entre $3,500 y $28,500 según las potencias del láser pulsado de 20 W, 30 W, 50 W, 60 W, 70 W y 100 W.

Cortadora láser de fibra

A máquina de corte por láser de fibra El coste va desde $14.200 hasta $260.000 en función de las potencias láser continuas de 1000W, 1500W, 2000W, 3000W, 4000W, 6000W, 8000W, 10000W, 12000W, 15000W, 20000W, 30000W y hasta 40000W.

Soldador láser de fibra

Una máquina de soldadura láser de fibra tiene un rango de precios de $5,400 a $58,000 según diferentes tipos, incluidos soldadores portátiles (pistola de soldadura láser de mano), soldadores automáticos (controladores CNC), soldadores robot con potencias láser continuas de 1000W, 1500W, 2000W y 3000W.

Limpiador de láser de fibra

El precio promedio pagado por una nueva máquina de limpieza láser de fibra es de $5,000 a $19,500 según las potencias de láser pulsado de 50W, 100W, 200W, 300W y las potencias de láser continuo de 1000W, 1500W, 2000W, 3000W.