Qu'est-ce que le laser à fibre ? Définition, caractéristiques, principes, types et plus

Qu'est-ce que le laser à fibre ?

Laser à fibre Il s'agit d'un laser à semi-conducteurs qui utilise une fibre de verre dopée aux terres rares comme milieu de gain, qui se caractérise par une efficacité de conversion photoélectrique élevée, une structure simple et une bonne qualité de faisceau. Il est devenu le courant dominant du développement de la technologie laser et des applications industrielles. En raison de la faible empreinte de la fibre optique, elle peut être utilisée dans une large gamme d'occasions et présente un taux d'utilisation élevé dans le domaine de la fabrication et du traitement en aval. Les lasers à fibre ont une grande adaptabilité de traitement et peuvent être utilisés dans toutes les applications. De plus, la qualité du faisceau est meilleure, ce qui peut maximiser l'effet de réduction des coûts et d'amélioration de l'efficacité pour les entreprises de fabrication.

Caractéristiques du laser à fibre

• La source de lumière LD haute puissance et faible luminosité correspondante dans le spectre d'absorption des éléments des terres rares peut être pompée à travers la structure de fibre à double revêtement pour produire un laser monomode haute luminosité.
• Conception petite et flexible, efficacité de conversion élevée et fonctionnement dans des conditions difficiles avec un bon système de refroidissement.
• Poutres produites de bonne qualité, à haut rendement de conversion et à bas seuil.
• La sortie laser dans la bande 0,38-4 um peut être réalisée en utilisant différents éléments de terres rares, la sélection de la longueur d'onde est facile et réglable et la plage de réglage est large.
• Haut degré de correspondance avec les systèmes de communication optique existants et bon couplage.
• Faible coût avec des appareils à fibre optique et des fibres optiques, ce qui peut réduire considérablement le coût structurel.

Composition et principe

Comme d'autres types de lasers, un laser à fibre se compose de trois parties : un milieu de gain, une source de pompage et une cavité résonante. Il utilise des fibres actives dopées avec des éléments de terres rares dans le noyau comme milieu de gain. En général, un laser à semi-conducteur est utilisé comme source de pompage. La cavité résonante est généralement composée de miroirs, de faces d'extrémité de fibre, de miroirs à boucle de fibre ou de réseaux de fibres. Le processus de fonctionnement spécifique est le suivant : dans l'état de fonctionnement, la fibre active (fibre de gain) absorbe l'énergie fournie par la source de pompage, amplifie le laser de sortie après avoir été amplifié par la cavité résonante composée de la fibre active et du réseau de fibres.

Source des semences

Également appelée source de signal, elle est l'objet de l'amplification du rayonnement dans le système d'amplification laser. Le laser qui fournit un signal de faible puissance est utilisé comme « graine » pour permettre au système d'amplification d'amplifier en fonction de l'état de cette « graine ».

Fibre optique active

La fibre active est utilisée comme milieu de gain et sa fonction est de réaliser la conversion d'énergie de la lumière de pompage en lumière de signal pour obtenir une amplification.

Fibre optique passive

La fibre optique passive réalise principalement la fonction de transmission de la lumière et ne participe pas à la conversion de longueur d'onde. Dans les systèmes laser à fibre, on trouve principalement des réseaux de fibres, des fibres d'adaptation passives dans les isolateurs de fibres et des fibres de transmission d'énergie multimodes passives à grand cœur dans les composants de transmission d'énergie laser. À l'heure actuelle, les produits de fibres optiques passives des fournisseurs nationaux peuvent essentiellement répondre aux besoins de production, et seule une petite quantité de fibres optiques passives utilisées pour les produits à très haute puissance doit encore utiliser des fibres optiques importées.

Optique laser à fibre

Source de la pompe

Il peut être utilisé comme source de lumière directe pour les lasers à semi-conducteurs industriels pour produire de la lumière laser, et peut également être utilisé comme source de lumière de pompage pour fournir une lumière de pompage haute puissance et haute luminosité pour les lasers à fibre.

Combiné de pompes

Les lasers de plusieurs sources de pompage peuvent être couplés à la fibre optique pour obtenir une puissance de sortie laser de pompage plus élevée.

Combineur d'énergie

Il peut superposer l'énergie de plusieurs modules laser à fibre haute puissance et constitue le dispositif principal pour réaliser une sortie de combinaison de faisceau laser multimode.

Réseau de fibres

Réseau de diffraction formé par modulation périodique axiale de l'indice de réfraction du cœur de la fibre par une certaine méthode. Il appartient à un dispositif de filtrage passif et est également un composant nécessaire d'un résonateur. Il détermine la longueur d'onde de sortie et la bande passante du laser et peut contrôler le mode laser et la qualité du faisceau.

Tête laser

Il s'agit d'un composant important qui peut réaliser une sortie flexible à longue distance d'un laser haute puissance sur le site d'application, et est compatible avec le système d'usinage, de sorte que le laser généré par le laser est transmis au matériau de traitement pour terminer l'application d'usinage laser.

Isolateur

Il peut protéger efficacement le laser et empêcher efficacement la lumière de retour d'endommager d'autres composants optiques.

Strip-teaseuse

Il peut efficacement éliminer la lumière de revêtement du laser, protéger les appareils associés et améliorer la qualité du faisceau laser de sortie. Le modulateur acousto-optique est principalement utilisé à l'intérieur du résonateur et module l'impulsion laser requise grâce à la technologie de modulation par entraînement par radiofréquence. Il s'agit d'un composant central de laser à fibre à impulsions Q-switched.

Modèle de correspondance

Le dispositif central utilisé pour connecter deux types différents de fibres optiques peut minimiser la perte de connexion de différents types de fibres optiques et optimiser la correspondance du champ de mode du mode laser.

Types et utilisations

En fonction du mode de fonctionnement, il existe deux types de lasers à fibre les plus couramment utilisés : le laser continu et le laser pulsé. Il peut être utilisé pour la découpe, le soudage, la gravure, le marquage, le nettoyage et d'autres scénarios.

Laser continu

Le laser continu émet un faisceau lumineux en continu, avec une puissance de crête de 120 kW. Il est utilisé pour la découpe, le soudage, le brasage et le perçage. Le laser semi-continu (QCW) est toujours essentiellement pulsé, mais avec une largeur d'impulsion plus longue et une puissance de crête de 23 kW, qui est utilisé pour la découpe, le soudage à l'arc, le perçage, le brasage, la trempe des métaux (amélioration de la ductilité des métaux, réduction de la résistance CC), particulièrement adapté pour remplacer les lasers YAG à pompage par lampe dans les applications de soudage par points, de soudage par points et de perçage. Il existe un certain chevauchement avec le laser continu utilisé.

Laser pulsé

Les lasers pulsés peuvent être divisés en lasers pulsés nanosecondes, picosecondes et femtosecondes. Le laser nanoseconde (largeur d'impulsion plus longue) a une puissance de crête de 1 MW pour le traçage, la gravure, le perçage, le traitement de surface, la trempe et le marquage. Le laser nanoseconde (largeur d'impulsion plus courte pour la microfinition) est utilisé pour la trempe, la découpe de plaquettes de silicium et de verre. Le laser picoseconde (largeur d'impulsion atteignant le niveau picoseconde) a une puissance de crête supérieure à 10 MW, qui est utilisé pour le noircissement, la découpe de saphir et de verre, la découpe photovoltaïque et OLED. Le laser femtoseconde (largeur d'impulsion jusqu'au niveau femtoseconde) a une puissance de crête supérieure à 29 MW, qui est utilisé pour la découpe de tôles, le perçage, le traitement de haute précision et la chirurgie ophtalmique.

Coûts du laser à fibre

Graveur laser à fibre

Une machine de gravure et de fabrication au laser à fibre coûte entre $3 500 et $28 500 en fonction des puissances laser pulsées de 20 W, 30 W, 50 W, 60 W, 70 W et 100 W.

Découpeur laser à fibre

UN machine de découpe laser à fibre coûts de $14 200 à $260 000 sur la base de puissances laser continues de 1 000 W, 1 500 W, 2 000 W, 3 000 W, 4 000 W, 6 000 W, 8 000 W, 10 000 W, 12 000 W, 15 000 W, 20 000 W, 30 000 W et jusqu'à 40 000 W.

Soudeur laser à fibre

Une machine de soudage laser à fibre a une gamme de prix allant de $5 400 à $58 000 en fonction de différents types, notamment un soudeur portable (pistolet de soudage laser portatif), un soudeur automatique (contrôleur CNC), un soudeur robotisé avec des puissances laser continues de 1 000 W, 1 500 W, 2 000 W et 3 000 W.

Nettoyeur laser à fibre

Le prix moyen payé pour une nouvelle machine de nettoyage laser à fibre est de $5 000 à $19 500 sur la base des puissances laser pulsées de 50 W, 100 W, 200 W, 300 W et des puissances laser continues de 1 000 W, 1 500 W, 2 000 W, 3 000 W.