O que é laser de fibra? Definição, características, princípios, tipos e muito mais

O que é laser de fibra?

Laser de fibra é um laser de estado sólido que usa fibra de vidro dopada com elementos de terras raras como meio de ganho, que apresenta alta eficiência de conversão fotoelétrica, estrutura simples e boa qualidade de feixe. Tornou-se o fluxo principal do desenvolvimento de tecnologia de laser e aplicação industrial. Devido à pequena pegada da fibra óptica, ela pode ser usada em uma ampla gama de ocasiões e tem uma alta taxa de uso no campo de fabricação e processamento downstream. Os lasers de fibra têm alta adaptabilidade de processamento e podem ser usados em qualquer aplicação. Além disso, a qualidade do feixe é melhor, o que pode maximizar o efeito da redução de custos e melhoria da eficiência para empresas de manufatura.

Características do laser de fibra

• A fonte de luz LD correspondente de alta potência e baixo brilho no espectro de absorção de elementos de terras raras pode ser bombeada através da estrutura de fibra de revestimento duplo para emitir um laser monomodo de alto brilho.
• Design pequeno e flexível, alta eficiência de conversão e trabalho em condições adversas com bom sistema de resfriamento.
• Produziu vigas com boa qualidade, alta eficiência de conversão e baixo limiar.
• A saída do laser na banda de 0,38-4um pode ser realizada usando diferentes elementos de terras raras, a seleção do comprimento de onda é fácil e ajustável, e a faixa de ajuste é ampla.
• Alto grau de correspondência com sistemas de comunicação óptica existentes e bom acoplamento.
• Baixo custo com dispositivos de fibra óptica e fibras ópticas, o que pode reduzir bastante o custo estrutural.

Composição e Princípio

Como outros tipos de lasers, um laser de fibra consiste em três partes: um meio de ganho, uma fonte de bombeamento e uma cavidade ressonante. Ele usa fibras ativas dopadas com elementos de terras raras no núcleo como meio de ganho. Geralmente, um laser semicondutor é usado como fonte de bombeamento. A cavidade ressonante é geralmente composta de espelhos, faces de extremidade de fibra, espelhos de loop de fibra ou grades de fibra. O processo de trabalho específico é o seguinte: No estado de trabalho, a fibra ativa (fibra de ganho) absorve a energia fornecida pela fonte de bombeamento, amplifica o laser de saída após ser amplificado pela cavidade ressonante composta pela fibra ativa e grade de fibra.

Fonte de semente

Também conhecida como fonte de sinal, é o objeto de amplificação de radiação no sistema de amplificação a laser. O laser que fornece um sinal de baixa potência é usado como uma "semente" para permitir que o sistema de amplificação amplifique de acordo com o estado dessa "semente".

Fibra Óptica Ativa

A fibra ativa é usada como meio de ganho e sua função é realizar a conversão de energia da luz de bombeamento para luz de sinal para obter amplificação.

Fibra Óptica Passiva

A fibra óptica passiva realiza principalmente a função de transmissão de luz e não participa da conversão de comprimento de onda. Em sistemas de laser de fibra, há principalmente grades de fibra, fibras de correspondência passivas em isoladores de fibra e fibras de transmissão de energia de núcleo grande multimodo passivas em componentes de transmissão de energia a laser. Atualmente, os produtos de fibra óptica passiva de fornecedores nacionais podem basicamente atender às necessidades de produção, e apenas uma pequena quantidade de fibra óptica passiva usada para produtos de ultra-alta potência ainda precisa usar fibra óptica importada.

Óptica de laser de fibra

Fonte da bomba

Ele pode ser usado como uma fonte de luz direta para lasers semicondutores industriais para emitir luz laser, e também pode ser usado como uma fonte de luz de bombeamento para fornecer luz de bombeamento de alta potência e alto brilho para lasers de fibra.

Combinador de bombas

Os lasers de múltiplas fontes de bombeamento podem ser acoplados à fibra óptica para obter uma saída de laser de bombeamento de maior potência.

Combinador de energia

Ele pode sobrepor a energia de vários módulos de laser de fibra de alta potência e é o dispositivo principal para realizar a saída combinada de feixes de laser multimodo.

Grade de Fibra

Uma grade de difração formada pela modulação axial periódica do índice de refração do núcleo da fibra por meio de um determinado método. Pertence a um dispositivo de filtro passivo e também é um componente necessário de um ressonador. Determina o comprimento de onda de saída e a largura de banda do laser e pode controlar o modo do laser e a qualidade do feixe.

Cabeça de laser

É um componente importante que pode realizar saída flexível de longa distância de laser de alta potência no local da aplicação e é compatível com o sistema de usinagem, de modo que o laser gerado pelo laser seja transmitido ao material de processamento para concluir a aplicação de usinagem a laser.

Isolador

Ele pode proteger efetivamente o laser e evitar que a luz de retorno danifique outros componentes ópticos.

Stripper

Ele pode efetivamente remover a luz de revestimento no laser, proteger dispositivos relacionados e melhorar a qualidade do feixe de laser de saída. O modulador acústico-óptico é usado principalmente dentro do ressonador e modula o pulso de laser necessário por meio da tecnologia de modulação de acionamento por radiofrequência. É um componente central de laser de fibra de pulso Q-switched.

Correspondente de padrões

O dispositivo central usado para conectar dois tipos diferentes de fibras ópticas pode minimizar a perda de conexão de diferentes tipos de fibras ópticas e otimizar a correspondência do campo do modo laser.

Tipos e usos

Com base no modo de trabalho, há dois tipos mais comuns de lasers de fibra: laser contínuo e laser pulsado. Ele pode ser usado em corte, soldagem, gravação, marcação, limpeza e outros cenários.

Laser Contínuo

O laser contínuo emite feixe de luz continuamente, com uma potência de pico de 120 KW. É usado em corte, soldagem, brasagem, perfuração. O laser semicontínuo (QCW) ainda é pulsado em essência, mas com uma largura de pulso maior e uma potência de pico de 23 KW, que é usado em corte, soldagem a arco, perfuração, brasagem, têmpera de metal (melhorando a ductilidade do metal, reduzindo a resistência DC), especialmente adequado para substituir lasers YAG bombeados por lâmpada em aplicações de soldagem a ponto, soldagem de costura e perfuração. Há uma certa sobreposição com o laser contínuo em uso.

Laser pulsado

Os lasers pulsados podem ser divididos em lasers pulsados de nanossegundos, picossegundos e femtossegundos. O laser de nanossegundos (largura de pulso maior) tem uma potência de pico de 1 MW em gravação, gravação, perfuração, tratamento de superfície, têmpera e marcação. O laser de nanossegundos (largura de pulso menor para microacabamento) é usado para têmpera, wafer de silício e corte de vidro. O laser de picossegundos (largura de pulso atinge o nível de picossegundos) tem uma potência de pico maior que 10 MW, que é usado para escurecimento, corte de safira e vidro, corte fotovoltaico e OLED. O laser de femtossegundos (largura de pulso até o nível de femtossegundos) tem uma potência de pico maior que 29 MW, que é usado para corte de chapas metálicas, perfuração, processamento de alta precisão e cirurgia oftálmica.

Custos do Laser de Fibra

Gravador a laser de fibra

Uma máquina de gravação e fabricação a laser de fibra custa de $3.500 a $28.500 com base nas potências do laser pulsado de 20 W, 30 W, 50 W, 60 W, 70 W e 100 W.

Cortador a laser de fibra

UM máquina de corte a laser de fibra custos de $14.200 a $260.000 com base nas potências contínuas do laser de 1000 W, 1500 W, 2000 W, 3000 W, 4000 W, 6000 W, 8000 W, 10000 W, 12000 W, 15000 W, 20000 W, 30000 W e até 40000 W.

Soldador a laser de fibra

Uma máquina de solda a laser de fibra tem uma faixa de preço de $5.400 a $58.000 com base em diferentes tipos, incluindo soldador portátil (pistola de solda a laser portátil), soldador automático (controlador CNC), soldador robô com potências de laser contínuas de 1000 W, 1500 W, 2000 W e 3000 W.

Limpador de Laser de Fibra

O preço médio pago por uma nova máquina de limpeza a laser de fibra é de $5.000 a $19.500 com base nas potências do laser pulsado de 50 W, 100 W, 200 W, 300 W e potências do laser contínuo de 1000 W, 1500 W, 2000 W, 3000 W.