การใช้งานเลเซอร์และการจำแนกประเภท

1.ดิสก์เลเซอร์

ข้อเสนอของแนวคิดการออกแบบ Disk Laser ช่วยแก้ปัญหาผลกระทบจากความร้อนของเลเซอร์โซลิดสเตตได้อย่างมีประสิทธิภาพ และบรรลุการผสมผสานที่ลงตัวระหว่างกำลังเฉลี่ยสูง กำลังไฟฟ้าสูงสุดสูง ประสิทธิภาพสูง และคุณภาพลำแสงสูงของเลเซอร์โซลิดสเตต ดิสก์เลเซอร์ได้กลายเป็นแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ชนิดใหม่ที่ไม่อาจทดแทนได้สำหรับการประมวลผลในด้านรถยนต์ เรือ รถไฟ การบิน พลังงาน และสาขาอื่นๆ เทคโนโลยีเลเซอร์ดิสก์กำลังสูงในปัจจุบันมีกำลังสูงสุด 16 กิโลวัตต์และคุณภาพลำแสง 8 มม. มิลลิเรเดียน ซึ่งช่วยให้หุ่นยนต์เชื่อมระยะไกลด้วยเลเซอร์และการตัดด้วยความเร็วสูงด้วยเลเซอร์รูปแบบขนาดใหญ่ เปิดโอกาสกว้างสำหรับเลเซอร์โซลิดสเตตใน สนามของการประมวลผลด้วยเลเซอร์กำลังสูง- ตลาดแอพพลิเคชั่น

ข้อดีของดิสก์เลเซอร์:

1. โครงสร้างแบบแยกส่วน

ดิสก์เลเซอร์ใช้โครงสร้างโมดูลาร์ และแต่ละโมดูลสามารถเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็วที่ไซต์งาน ระบบระบายความร้อนและระบบนำแสงถูกรวมเข้ากับแหล่งกำเนิดเลเซอร์ โดยมีโครงสร้างที่กะทัดรัด ใช้พื้นที่น้อย และการติดตั้งและการดีบักที่รวดเร็ว

2. คุณภาพลำแสงที่ดีเยี่ยมและได้มาตรฐาน

ดิสก์เลเซอร์ของ TRUMPF ทั้งหมดที่มีกำลังมากกว่า 2kW มีผลิตภัณฑ์พารามิเตอร์ลำแสง (BPP) ที่ได้มาตรฐานที่ 8 มม./mrad เลเซอร์ไม่แปรผันตามการเปลี่ยนแปลงในโหมดการทำงาน และเข้ากันได้กับเลนส์ TRUMPF ทั้งหมด

3. เนื่องจากขนาดจุดในดิสก์เลเซอร์มีขนาดใหญ่ ความหนาแน่นของพลังงานแสงที่แต่ละองค์ประกอบแสงทนจึงมีน้อย

เกณฑ์ความเสียหายของการเคลือบองค์ประกอบแสงมักจะประมาณ 500MW/cm2 และเกณฑ์ความเสียหายของควอตซ์คือ 2-3GW/cm2 ความหนาแน่นของพลังงานในช่องเรโซแนนซ์เลเซอร์ดิสก์ TRUMPF มักจะน้อยกว่า 0.5MW/cm2 และความหนาแน่นของพลังงานบนไฟเบอร์คัปปลิ้งน้อยกว่า 30MW/cm2 ความหนาแน่นของพลังงานต่ำดังกล่าวจะไม่สร้างความเสียหายให้กับส่วนประกอบทางแสง และจะไม่สร้างผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้น จึงรับประกันความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน

4. ใช้ระบบควบคุมการป้อนกลับแบบเรียลไทม์ของพลังงานเลเซอร์

ระบบควบคุมการป้อนกลับแบบเรียลไทม์สามารถรักษากำลังที่เข้าถึงชิ้นส่วน T ได้อย่างเสถียร และผลการประมวลผลมีความสามารถในการทำซ้ำได้ดีเยี่ยม เวลาในการอุ่นเครื่องดิสก์เลเซอร์เกือบจะเป็นศูนย์ และช่วงกำลังที่ปรับได้คือ 1%–100% เนื่องจากดิสก์เลเซอร์แก้ปัญหาเอฟเฟกต์เลนส์ความร้อนได้อย่างสมบูรณ์ กำลังเลเซอร์ ขนาดจุด และมุมที่แตกต่างของลำแสงจึงมีความเสถียรภายในช่วงกำลังทั้งหมด และหน้าคลื่นของลำแสงไม่เกิดการบิดเบือน

5. ไฟเบอร์ออปติกสามารถเสียบปลั๊กและเล่นได้ในขณะที่เลเซอร์ยังคงทำงานต่อไป

เมื่อใยแก้วนำแสงบางชนิดล้มเหลว เมื่อเปลี่ยนใยแก้วนำแสง คุณจะต้องปิดเส้นทางแสงของใยแก้วนำแสงโดยไม่ต้องปิดเครื่อง และเส้นใยแก้วนำแสงอื่น ๆ ก็สามารถส่งสัญญาณแสงเลเซอร์ต่อไปได้ การเปลี่ยนสายไฟเบอร์ออปติกนั้นใช้งานง่าย ปลั๊กแอนด์เพลย์ โดยไม่ต้องใช้เครื่องมือหรือการปรับตำแหน่งใดๆ มีอุปกรณ์ป้องกันฝุ่นที่ทางเข้าถนนเพื่อป้องกันไม่ให้ฝุ่นเข้าสู่บริเวณส่วนประกอบออปติคัลอย่างเคร่งครัด

6. ปลอดภัยและเชื่อถือได้

ในระหว่างการประมวลผล แม้ว่าการแผ่รังสีของวัสดุที่กำลังประมวลผลจะสูงมากจนแสงเลเซอร์สะท้อนกลับเข้าไปในเลเซอร์ แต่ก็จะไม่มีผลกระทบต่อตัวเลเซอร์หรือผลการประมวลผล และจะไม่มีข้อจำกัดในการประมวลผลวัสดุหรือ ความยาวเส้นใย ความปลอดภัยในการใช้งานเลเซอร์ได้รับใบรับรองความปลอดภัยจากประเทศเยอรมนี

7. โมดูลปั๊มไดโอดนั้นง่ายกว่าและเร็วกว่า

ชุดไดโอดที่ติดตั้งอยู่บนโมดูลสูบน้ำก็มีโครงสร้างแบบโมดูลาร์เช่นกัน โมดูลอาร์เรย์ไดโอดมีอายุการใช้งานยาวนานและรับประกันเป็นเวลา 3 ปีหรือ 20,000 ชั่วโมง ไม่จำเป็นต้องหยุดทำงาน ไม่ว่าจะเป็นการเปลี่ยนตามแผนหรือการเปลี่ยนทันทีเนื่องจากความล้มเหลวกะทันหัน เมื่อโมดูลทำงานล้มเหลว ระบบควบคุมจะแจ้งเตือนและเพิ่มกระแสของโมดูลอื่นๆ โดยอัตโนมัติอย่างเหมาะสมเพื่อรักษากำลังเอาต์พุตเลเซอร์ให้คงที่ ผู้ใช้สามารถทำงานต่อไปได้เป็นเวลาสิบหรือหลายสิบชั่วโมง การเปลี่ยนโมดูลปั๊มไดโอดที่ไซต์การผลิตทำได้ง่ายมาก และไม่ต้องมีการฝึกอบรมผู้ปฏิบัติงาน

2.2ไฟเบอร์เลเซอร์

ไฟเบอร์เลเซอร์ก็เหมือนกับเลเซอร์อื่นๆ ที่ประกอบด้วยสามส่วน: ตัวกลางเกน (ไฟเบอร์เจือ) ที่สามารถสร้างโฟตอน ช่องเรโซแนนซ์แสงที่ช่วยให้โฟตอนถูกป้อนกลับและขยายอย่างก้องกังวานในตัวกลางเกน และแหล่งกำเนิดปั๊มที่กระตุ้น การเปลี่ยนโฟตอน

คุณสมบัติ: 1. ใยแก้วนำแสงมีอัตราส่วน "พื้นที่ผิว/ปริมาตร" สูง มีการกระจายความร้อนได้ดี และสามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่องโดยไม่ต้องบังคับระบายความร้อน 2. เนื่องจากเป็นตัวกลางนำคลื่น ใยแก้วนำแสงจึงมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนเล็กและมีแนวโน้มที่จะมีความหนาแน่นของพลังงานสูงภายในเส้นใย ดังนั้นไฟเบอร์เลเซอร์จึงมีประสิทธิภาพการแปลงที่สูงกว่า เกณฑ์ที่ต่ำกว่า อัตราขยายที่สูงกว่า และความกว้างของเส้นที่แคบกว่า และแตกต่างจากใยแก้วนำแสง การสูญเสียการมีเพศสัมพันธ์มีน้อย 3. เนื่องจากเส้นใยนำแสงมีความยืดหยุ่นที่ดี ไฟเบอร์เลเซอร์จึงมีขนาดเล็กและยืดหยุ่น มีโครงสร้างที่กะทัดรัด คุ้มค่า และง่ายต่อการรวมเข้ากับระบบ 4. ใยแก้วนำแสงยังมีพารามิเตอร์และความสามารถในการปรับแต่งได้ค่อนข้างมาก และสามารถรับช่วงการปรับแต่งที่ค่อนข้างกว้าง การกระจายตัวที่ดีและเสถียรภาพ

การจำแนกประเภทไฟเบอร์เลเซอร์:

1. เลเซอร์ไฟเบอร์เจือดินที่หายาก

2. ธาตุหายากที่เจืออยู่ในเส้นใยนำแสงที่ค่อนข้างสมบูรณ์ในปัจจุบัน ได้แก่ เออร์เบียม นีโอไดเมียม เพรซีโอดิเมียม ทูเลียม และอิตเทอร์เบียม

3. สรุปของเลเซอร์กระเจิงรามันกระตุ้นด้วยไฟเบอร์: ไฟเบอร์เลเซอร์เป็นตัวแปลงความยาวคลื่นเป็นหลัก ซึ่งสามารถแปลงความยาวคลื่นของปั๊มให้เป็นแสงของความยาวคลื่นจำเพาะและส่งออกออกมาในรูปของเลเซอร์ จากมุมมองทางกายภาพ หลักการของการสร้างการขยายแสงคือ การให้แสงที่มีความยาวคลื่นสามารถดูดซับแก่วัสดุทำงาน เพื่อให้วัสดุทำงานสามารถดูดซับพลังงานและกระตุ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้นความยาวคลื่นการดูดกลืนแสงที่สอดคล้องกันจึงขึ้นอยู่กับวัสดุยาสลบและปั๊มข้อกำหนดสำหรับความยาวคลื่นของแสงก็แตกต่างกันเช่นกัน

2.3 เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ประสบความสำเร็จอย่างมากในปี พ.ศ. 2505 และได้ผลผลิตอย่างต่อเนื่องที่อุณหภูมิห้องในปี พ.ศ. 2513 ต่อมา หลังจากการปรับปรุง เลเซอร์เฮเทอโรจังก์ชั่นคู่และไดโอดเลเซอร์ที่มีโครงสร้างเป็นแถบ (เลเซอร์ไดโอด) ได้รับการพัฒนา ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง แผ่นดิสก์แสง เครื่องพิมพ์เลเซอร์ เครื่องสแกนเลเซอร์ และตัวชี้เลเซอร์ (ตัวชี้เลเซอร์) ปัจจุบันเป็นเลเซอร์ที่มีการผลิตมากที่สุด ข้อดีของเลเซอร์ไดโอดคือ ประสิทธิภาพสูง ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และราคาต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ประสิทธิภาพของประเภทหลุมควอนตัมหลายหลุมคือ 20~40% และประเภท PN ก็สูงถึง 15%~25% หลายรายการเช่นกัน กล่าวโดยสรุป ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงเป็นคุณสมบัติที่ใหญ่ที่สุด นอกจากนี้ ความยาวคลื่นเอาท์พุตต่อเนื่องยังครอบคลุมช่วงตั้งแต่อินฟราเรดไปจนถึงแสงที่มองเห็นได้ และผลิตภัณฑ์ที่มีเอาท์พุตพัลส์แสงสูงสุด 50W (ความกว้างพัลส์ 100ns) ก็ได้ถูกนำไปใช้ในเชิงพาณิชย์เช่นกัน เป็นตัวอย่างของเลเซอร์ที่ใช้งานง่ายมากเป็นแหล่งกำเนิดแสงแบบไลดาร์หรือแบบกระตุ้น ตามทฤษฎีแถบพลังงานของของแข็ง ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์จะก่อตัวเป็นแถบพลังงาน พลังงานสูงคือแถบการนำไฟฟ้า พลังงานต่ำคือแถบเวเลนซ์ และทั้งสองแถบถูกแยกออกจากกันด้วยแถบต้องห้าม เมื่อคู่อิเล็กตรอน-รูที่ไม่สมดุลถูกใส่เข้าไปในเซมิคอนดักเตอร์รวมตัวกันใหม่ พลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกแผ่ออกมาในรูปของการเรืองแสง ซึ่งเป็นการเรืองแสงจากการรวมตัวกันใหม่ของตัวพา

ข้อดีของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์: ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา การทำงานที่เชื่อถือได้ การใช้พลังงานต่ำ ประสิทธิภาพสูง ฯลฯ

2.4YAG เลเซอร์

เลเซอร์ YAG ซึ่งเป็นเลเซอร์ประเภทหนึ่งเป็นเมทริกซ์เลเซอร์ที่มีคุณสมบัติครอบคลุมดีเยี่ยม (ด้านทัศนศาสตร์ กลศาสตร์ และความร้อน) เช่นเดียวกับเลเซอร์โซลิดอื่นๆ ส่วนประกอบพื้นฐานของเลเซอร์ YAG คือวัสดุที่ใช้ทำเลเซอร์ แหล่งกำเนิดปั๊ม และช่องเรโซแนนซ์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแอคติเวตไอออนประเภทต่างๆ ที่เจืออยู่ในคริสตัล แหล่งที่มาของปั๊มและวิธีการปั๊มที่แตกต่างกัน โครงสร้างที่แตกต่างกันของช่องเรโซแนนซ์ที่ใช้ และอุปกรณ์โครงสร้างการทำงานอื่นๆ ที่ใช้ เลเซอร์ YAG จึงสามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภท ตัวอย่างเช่น ตามรูปคลื่นเอาต์พุต มันสามารถแบ่งออกเป็นเลเซอร์ YAG คลื่นต่อเนื่อง เลเซอร์ YAG ความถี่ซ้ำ และเลเซอร์พัลส์ ฯลฯ ตามความยาวคลื่นในการใช้งานสามารถแบ่งออกเป็นเลเซอร์ YAG 1.06μm, เลเซอร์ YAG ความถี่สองเท่า, เลเซอร์ YAG เลื่อนความถี่รามานและเลเซอร์ YAG ที่ปรับได้ ฯลฯ ตามการเติม เลเซอร์ประเภทต่าง ๆ สามารถแบ่งออกเป็นเลเซอร์ Nd: YAG, เลเซอร์ YAG ที่เจือด้วย Ho, Tm, Er ฯลฯ ; ตามรูปร่างของคริสตัล พวกมันจะถูกแบ่งออกเป็นเลเซอร์ YAG แบบแท่งและแบบแผ่น ตามกำลังขับที่แตกต่างกันสามารถแบ่งออกเป็นพลังงานสูงและพลังงานขนาดเล็กและขนาดกลาง YAG เลเซอร์ ฯลฯ

เครื่องตัดเลเซอร์ YAG ที่เป็นของแข็งจะขยาย สะท้อน และโฟกัสลำแสงเลเซอร์แบบพัลส์ที่มีความยาวคลื่น 1,064 นาโนเมตร จากนั้นจะแผ่รังสีและให้ความร้อนแก่พื้นผิวของวัสดุ ความร้อนที่พื้นผิวกระจายไปยังภายในผ่านการนำความร้อน และความกว้าง พลังงาน กำลังสูงสุด และการทำซ้ำของพัลส์เลเซอร์จะถูกควบคุมแบบดิจิทัลอย่างแม่นยำ ความถี่และพารามิเตอร์อื่นๆ สามารถหลอม ระเหย และระเหยวัสดุได้ทันที จึงสามารถตัด เชื่อม และเจาะวิถีที่กำหนดไว้ล่วงหน้าผ่านระบบ CNC ได้

คุณสมบัติ: เครื่องนี้มีคุณภาพลำแสงที่ดี ประสิทธิภาพสูง ต้นทุนต่ำ ความเสถียร ปลอดภัย แม่นยำยิ่งขึ้น และความน่าเชื่อถือสูง โดยผสานรวมการตัด การเชื่อม การเจาะ และฟังก์ชันอื่นๆ ไว้ในที่เดียว ทำให้เป็นอุปกรณ์การประมวลผลที่ยืดหยุ่นและมีความแม่นยำในอุดมคติ ความเร็วในการประมวลผลที่รวดเร็ว ประสิทธิภาพสูง ผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจที่ดี รอยกรีดขอบตรงขนาดเล็ก พื้นผิวการตัดเรียบ อัตราส่วนความลึกต่อเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ และการเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อนอัตราส่วนกว้างยาวต่อความกว้างขั้นต่ำ และสามารถประมวลผลได้บนวัสดุต่าง ๆ เช่น แข็ง เปราะ และนุ่มนวล ไม่มีปัญหาการสึกหรอหรือการเปลี่ยนเครื่องมือในการประมวลผล และไม่มีการเปลี่ยนแปลงทางกล เป็นเรื่องง่ายที่จะตระหนักถึงระบบอัตโนมัติ สามารถประมวลผลได้ภายใต้เงื่อนไขพิเศษ ประสิทธิภาพของปั๊มสูงถึงประมาณ 20% เมื่อประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น โหลดความร้อนของตัวกลางเลเซอร์จะลดลง ดังนั้นลำแสงจึงได้รับการปรับปรุงอย่างมาก มีอายุการใช้งานยาวนาน มีความน่าเชื่อถือสูง ขนาดเล็กและน้ำหนักเบา และเหมาะสำหรับการใช้งานแบบย่อส่วน

การใช้งาน: เหมาะสำหรับการตัดด้วยเลเซอร์ การเชื่อม และการเจาะวัสดุโลหะ: เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน สแตนเลส เหล็กโลหะผสม อลูมิเนียมและโลหะผสม ทองแดงและโลหะผสม ไทเทเนียมและโลหะผสม โลหะผสมนิกเกิล-โมลิบดีนัม และวัสดุอื่นๆ ใช้กันอย่างแพร่หลายในการบิน การบินและอวกาศ อาวุธ เรือ ปิโตรเคมี การแพทย์ เครื่องมือวัด ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ รถยนต์ และอุตสาหกรรมอื่น ๆ ไม่เพียงปรับปรุงคุณภาพการประมวลผลเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานด้วย นอกจากนี้ เลเซอร์ YAG ยังสามารถให้วิธีการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ที่แม่นยำและรวดเร็วอีกด้วย

เมื่อเทียบกับเลเซอร์อื่นๆ:

1. เลเซอร์ YAG สามารถทำงานได้ทั้งในโหมดพัลส์และโหมดต่อเนื่อง เอาต์พุตพัลส์สามารถรับพัลส์สั้นและพัลส์สั้นพิเศษผ่านเทคโนโลยี Q-switching และการล็อคโหมด จึงทำให้ช่วงการประมวลผลมีขนาดใหญ่กว่าเลเซอร์ CO2

2. ความยาวคลื่นเอาต์พุตคือ 1.06um ซึ่งเป็นขนาดที่เล็กกว่าความยาวคลื่นเลเซอร์ CO2 ที่ 10.06um อย่างแน่นอน ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพการเชื่อมต่อสูงกับโลหะและประสิทธิภาพการประมวลผลที่ดี

3. เลเซอร์ YAG มีโครงสร้างที่กะทัดรัด น้ำหนักเบา ใช้งานง่ายและเชื่อถือได้ และมีข้อกำหนดในการบำรุงรักษาต่ำ

4. เลเซอร์ YAG สามารถใช้ร่วมกับใยแก้วนำแสงได้ ด้วยความช่วยเหลือของระบบการแบ่งเวลาและระบบมัลติเพล็กซ์การแบ่งกำลัง ลำแสงเลเซอร์หนึ่งตัวสามารถส่งไปยังเวิร์กสเตชันหรือเวิร์กสเตชันระยะไกลได้อย่างง่ายดาย ซึ่งเอื้อให้เกิดความยืดหยุ่นในการประมวลผลด้วยเลเซอร์ ดังนั้นเมื่อเลือกเลเซอร์ คุณต้องพิจารณาพารามิเตอร์ต่างๆ และความต้องการที่แท้จริงของคุณเอง ด้วยวิธีนี้เท่านั้นที่เลเซอร์สามารถออกแรงประสิทธิภาพสูงสุดได้ เลเซอร์ Pulsed Nd:YAG จาก Xinte Optoelectronics เหมาะสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ เลเซอร์ Nd:YAG แบบพัลส์ที่เชื่อถือได้และเสถียรให้เอาต์พุตพัลส์สูงถึง 1.5J ที่ 1,064 นาโนเมตร โดยมีอัตราการทำซ้ำสูงถึง 100Hz