Волоконные лазеры: 7 преимуществ и отличий

Прежде чем покупатьВолоконный лазер, надо понимать, чем он отличается от других лазеров. Мы знаем, что работающему лазеру необходимы три компонента: источник накачки для подачи энергии, усиливающая среда и оптический резонатор. Для волоконных лазеров, хотя выбор источника накачки — это не что иное, как лазерные диоды и другие волоконные лазеры, конструкция усиливающей среды и оптического резонатора существенно различается.
 

Эта уникальная структура дает семь основных преимуществ:

1. Высокоэффективный средний коэффициент усиления
В отличие от других лазеров, волоконные лазеры обеспечивают усиление света в оптических волокнах, легированных ионами редкоземельных металлов, таких как иттербий (Yb3+), неодим (Nd3+), тулий (Tm3+), празеодим (Pr3+) или эрбий (Er3+). Эти лазерно-активные ионы могут поглощать большую часть света накачки, а затем испускать фотоны определенных частот посредством стимулированного излучения. Гибкая структура оптического волокна обеспечивает большую дальность усиления по сравнению с другими типами лазеров. Это обеспечивает высокий оптический коэффициент усиления.

2. Интеллектуальная петля обратной связи через оптоволоконную решетку Брэгга.
Вместо использования традиционных диэлектрических зеркал оптическая обратная связь в волоконных лазерах обычно обеспечивается волоконными брэгговскими решетками, которые представляют собой серию стеклянных волокон с различными показателями преломления, периодически сплавленных. Эти периодические структуры могут отражать лазерные лучи определенных длин волн и, таким образом, становиться оптическим резонатором волоконного лазера. Следовательно, для волоконных лазеров оптический резонатор фактически находится внутри усиливающей среды.

3. Прочный оптический резонатор.
Говоря о волоконных лазерах, следует избегать распространенного заблуждения: волоконные лазеры — это не то же самое, что лазеры с волоконной оптикой. Например, в диодных лазерах с волоконной связью оптическое волокно используется только для передачи луча, и физические принципы стимулированного излучения не задействованы. Таким образом, хотя оптические волокна и соединяются с лазерными системами, они по-прежнему не обладают всеми превосходными качествами волоконных лазеров. В уникальном интегрированном оптическом резонаторе в качестве усиливающей среды используется спиральное оптическое волокно, что создает прочный и стабильный оптический резонатор.

4. Компактная структура
Одним из основных преимуществ волоконных лазеров является их компактная компоновка. По сравнению с аналогичными продуктами, волоконные лазеры занимают гораздо меньшую площадь при эквивалентной выходной мощности. Это связано с тем, что оптическое волокно сгибается и его можно свернуть в компактное пространство. Кроме того, гибкость оптоволокна позволяет дополнительно настраивать оптический путь, обеспечивая большую свободу проектирования для различных конкретных ситуаций.

5. Высокая выходная мощность
Поскольку усиливающая среда в волоконных лазерах очень тонкая и гибкая, длина волокна может достигать нескольких километров, что позволяет достичь очень высокого усиления света накачки. Кроме того, тепло, выделяемое волоконными лазерами, может эффективно рассеиваться благодаря большому соотношению площади поверхности волокна к объему. В результате волоконные лазеры могут работать непрерывно на уровне киловатт без необходимости использования сложных систем охлаждения.

6. Превосходное качество луча.
Обычно качество лазерного луча определяется степенью фокусировки луча, что количественно определяется коэффициентом M2, который в идеале равен 1 для наивысшего качества луча. Среди волоконных лазеров одномодовое волокно обычно имеет лучшие характеристики луча и поэтому широко используется. Например, при лазерной резке и сварке высокое качество луча обеспечивает большие расстояния между заготовкой и сфокусированным объектом. Такая конфигурация защищает оптику от мусора и дыма. Важно отметить, что уменьшение диаметра луча не только позволяет изготавливать более тонкие структуры, но также позволяет использовать более мелкие и дешевые оптические компоненты.

7. Высокая надежность
Волоконные лазеры очень надежны и не требуют особого обслуживания, а поскольку оптический путь заключен в защитную оболочку, лазерный луч менее восприимчив к внешним помехам. Таким образом, волоконные лазеры обычно обладают превосходной стабильностью в условиях эксплуатации при высоких температурах и вибрации.

В чем разница между волоконными лазерами и другими лазерами?
Несмотря на множество преимуществ волоконных лазеров, важно понимать, чем они отличаются от конкурентов. Как мы увидим ниже, превосходство волоконного лазера зависит от условий применения, и в некоторых случаях конкурент волоконного лазера может лучше подходить для волоконного лазера.

Волоконные лазеры против блочных лазеров
Объемный лазер — это твердотельный лазер, в котором в качестве усиливающей среды используется легированный объемный кристалл или стекло. Двумя хорошими примерами являются Nd:YAG-лазеры и титан-сапфировые лазеры. Вообще говоря, волоконные лазеры имеют лучшие характеристики, чем объемные лазеры, как показано на рисунке ниже:

Однако это не означает, что объемные лазеры бесполезны для обработки материалов. Например, в диапазоне длин волн 700-1000 нм ни один волоконный лазер не сможет заменить перестраиваемый лазер на титан-сапфире. Кроме того, объемные лазеры могут достигать более высоких пиковых мощностей и поэтому более подходят для обработки материалов. Кроме того, волоконные лазерные системы могут требовать специальных компонентов и сложного использования, а их более высокая стоимость может нанести ущерб экономике.

Волоконные лазеры против CO2-лазеров
Хотя оба лазера отлично подходят для резки материалов, их функциональная направленность на самом деле различна. С одной стороны, CO2-лазеры — отличные инструменты для резки неметаллических материалов, таких как пластик. Их относительно высокая эффективность и хорошее качество луча делают их наиболее широко используемым типом лазеров в отрасли.

Станок для лазерной резки CO2

С другой стороны, в последние годы волоконные лазеры добились значительного прогресса в резке металлических пластин (в основном нержавеющей стали), главным образом благодаря их высокой скорости резки. При эквивалентной мощности их скорость резки обычно в {{0}} раз выше, чем у углекислотных лазеров. раз. Вообще говоря, волоконные лазеры стоит рассмотреть для массового производства при резке металлов толщиной 0.25 дюйма или меньше, но когда металлы толще 0,375 дюйма, CO2-лазеры по-прежнему обеспечивают преимущество в скорости и превосходное качество резки. Поэтому волоконные лазеры вряд ли полностью заменят CO2-лазеры, когда дело доходит до резки материалов.

Волоконные лазеры и прямые диодные лазеры
Диодные лазеры уже давно подвергаются критике за низкую выходную мощность и плохое качество луча. Тем не менее, последние достижения в области технологии прямого диодного лазера показывают ее потенциал как крупного игрока в области обработки материалов. Диодные лазеры прямого действия могут резать на 10%-20% быстрее, чем волоконные лазеры. Кроме того, диодные лазеры прямого действия могут резать более толстые металлы и обеспечивать меньшую шероховатость поверхности. Лучше всего они также подходят для обработки материалов с высокой отражающей способностью, таких как медь. Напротив, волоконные лазеры имеют ограниченную эффективность в этом отношении. Однако волоконные лазеры по-прежнему имеют огромные преимущества с точки зрения качества луча и технологической зрелости. Это делает их отличным выбором для макроскопической обработки материалов.

Волоконные лазеры произвели явную революцию в лазерной промышленности. Волоконные лазеры обладают рядом ключевых преимуществ по сравнению с другими типами лазеров, открывая путь к повышению производительности. Выбор эффективных усиливающих сред и встроенного лазерного резонатора обеспечивает мощные и стабильные выходные характеристики. Его компактность является ключевым аргументом в пользу OEM/интегрированных приложений. Однако их превосходство во многом зависит от настроек приложения, принимая во внимание их выходную длину волны и ограниченные возможности настройки.

Контактная информация:

Если у вас есть какие-либо идеи, не стесняйтесь говорить с нами. Независимо от того, где находятся наши клиенты и каковы наши требования, мы будем следовать нашей цели, чтобы предоставить нашим клиентам высокое качество, низкие цены и лучший сервис.