تطبيقات الليزر وتصنيفه

1. قرص الليزر

أدى اقتراح مفهوم تصميم ليزر القرص إلى حل مشكلة التأثير الحراري لليزر الحالة الصلبة بشكل فعال وحقق مزيجًا مثاليًا من الطاقة المتوسطة العالية، وطاقة الذروة العالية، والكفاءة العالية، وجودة الشعاع العالية لليزر الحالة الصلبة. أصبحت أشعة الليزر القرصية مصدرًا جديدًا لضوء الليزر لا يمكن الاستغناء عنه للمعالجة في مجالات السيارات والسفن والسكك الحديدية والطيران والطاقة وغيرها من المجالات. تتمتع تقنية الليزر القرصي عالي الطاقة الحالية بقدرة قصوى تبلغ 16 كيلووات وجودة شعاع تبلغ 8 ملم ميليراديان، مما يتيح اللحام بالليزر عن بعد والقطع بالليزر عالي السرعة كبير الحجم، مما يفتح آفاقًا واسعة لليزر ذو الحالة الصلبة في مجالمعالجة بالليزر عالية الطاقة. سوق التطبيقات.

مميزات الليزر القرصي:

1. الهيكل المعياري

يعتمد قرص الليزر هيكلًا معياريًا، ويمكن استبدال كل وحدة بسرعة في الموقع. تم دمج نظام التبريد ونظام توجيه الضوء مع مصدر الليزر، مع هيكل مدمج، مساحة صغيرة وتركيب سريع وتصحيح الأخطاء.

2. جودة شعاع ممتازة وموحدة

تحتوي جميع أجهزة الليزر القرصية TRUMPF التي تزيد عن 2 كيلو وات على منتج معلمة شعاع (BPP) موحد عند 8 مم / مراد. الليزر لا يتغير مع التغييرات في وضع التشغيل ومتوافق مع جميع بصريات TRUMPF.

3. بما أن حجم البقعة في قرص الليزر كبير، فإن كثافة الطاقة الضوئية التي يتحملها كل عنصر بصري تكون صغيرة.

عتبة الضرر لطلاء العنصر البصري عادة ما تكون حوالي 500MW/cm2، وعتبة الضرر للكوارتز هي 2-3GW/cm2. عادة ما تكون كثافة الطاقة في تجويف الرنين الليزري للقرص TRUMPF أقل من 0.5MW/cm2، وتكون كثافة الطاقة على ألياف التوصيل أقل من 30MW/cm2. لن تتسبب كثافة الطاقة المنخفضة هذه في حدوث ضرر للمكونات البصرية ولن تنتج تأثيرات غير خطية، وبالتالي ضمان الموثوقية التشغيلية.

4. اعتماد نظام التحكم في ردود الفعل في الوقت الحقيقي لقوة الليزر.

يمكن لنظام التحكم في التغذية الراجعة في الوقت الحقيقي أن يحافظ على استقرار الطاقة التي تصل إلى القطعة T، كما أن نتائج المعالجة لها قابلية تكرار ممتازة. وقت التسخين المسبق لقرص الليزر هو صفر تقريبًا، ونطاق الطاقة القابل للتعديل هو 1%-100%. نظرًا لأن ليزر القرص يحل مشكلة تأثير العدسة الحرارية تمامًا، فإن طاقة الليزر وحجم البقعة وزاوية انحراف الشعاع تكون مستقرة ضمن نطاق الطاقة بأكمله، ولا تتعرض واجهة موجة الشعاع للتشويه.

5. يمكن أن تكون الألياف الضوئية قابلة للتوصيل والتشغيل أثناء استمرار تشغيل الليزر.

عندما تفشل ألياف بصرية معينة، عند استبدال الألياف الضوئية، تحتاج فقط إلى إغلاق المسار البصري للألياف الضوئية دون إيقاف التشغيل، ويمكن للألياف الضوئية الأخرى الاستمرار في إخراج ضوء الليزر. استبدال الألياف الضوئية سهل التشغيل والتوصيل والتشغيل، بدون أي أدوات أو تعديل للمحاذاة. يوجد جهاز مقاوم للغبار عند مدخل الشارع لمنع دخول الغبار إلى منطقة المكونات البصرية بشكل صارم.

6. آمنة وموثوقة

أثناء المعالجة، حتى لو كانت انبعاثية المادة التي تتم معالجتها عالية جدًا بحيث ينعكس ضوء الليزر مرة أخرى إلى الليزر، فلن يكون لها أي تأثير على الليزر نفسه أو تأثير المعالجة، ولن تكون هناك أي قيود على معالجة المواد أو طول الألياف. حصلت سلامة العمليات بالليزر على شهادة السلامة الألمانية.

7. وحدة صمام ثنائي الضخ أبسط وأسرع

إن مجموعة الصمام الثنائي المثبتة على وحدة الضخ هي أيضًا ذات بناء معياري. تتمتع وحدات مصفوفة الصمام الثنائي بعمر خدمة طويل ويتم ضمانها لمدة 3 سنوات أو 20000 ساعة. لا يلزم التوقف عن العمل سواء كان ذلك استبدالًا مخططًا له أو استبدالًا فوريًا بسبب فشل مفاجئ. عندما تفشل وحدة ما، يقوم نظام التحكم بإنذار وزيادة تيار الوحدات الأخرى تلقائيًا بشكل مناسب للحفاظ على ثبات طاقة خرج الليزر. يمكن للمستخدم الاستمرار في العمل لمدة عشر أو حتى عشرات الساعات. يعد استبدال وحدات الصمام الثنائي للضخ في موقع الإنتاج أمرًا بسيطًا للغاية ولا يتطلب أي تدريب للمشغل.

2.2ليزر الألياف

يتكون ليزر الألياف، مثل أنواع الليزر الأخرى، من ثلاثة أجزاء: وسط كسب (ألياف مخدرة) يمكنه توليد الفوتونات، وتجويف رنين بصري يسمح بتغذية الفوتونات وتضخيمها بشكل رنين في وسط الكسب، ومصدر مضخة يثير انتقالات الفوتون.

الميزات: 1. تتميز الألياف الضوئية بنسبة "مساحة/حجم" عالية، وتأثير جيد لتبديد الحرارة، ويمكن أن تعمل بشكل مستمر دون تبريد قسري. 2. باعتبارها وسيلة دليل موجي، فإن الألياف الضوئية لها قطر أساسي صغير وتكون عرضة لكثافة طاقة عالية داخل الألياف. لذلك، تتمتع ليزرات الألياف بكفاءة تحويل أعلى، وعتبة أقل، وكسب أعلى، وعرض خط أضيق، وتختلف عن الألياف الضوئية. فقدان الاقتران صغير. 3. نظرًا لأن الألياف الضوئية تتمتع بمرونة جيدة، فإن ليزر الألياف صغير الحجم ومرن، وصغير الحجم، وفعال من حيث التكلفة، وسهل الاندماج في الأنظمة. 4. تحتوي الألياف الضوئية أيضًا على عدد كبير جدًا من المعلمات القابلة للضبط والانتقائية، ويمكنها الحصول على نطاق ضبط واسع جدًا وتشتت جيد واستقرار.

تصنيف ألياف الليزر:

1. ليزر الألياف المخدر بالأرض النادرة

2. العناصر الأرضية النادرة المخدرة في الألياف الضوئية النشطة الناضجة نسبيًا حاليًا: الإربيوم، النيوديميوم، البراسيوديميوم، الثوليوم، والإيتربيوم.

3. ملخص ليزر رامان المحفز بالألياف: ليزر الألياف هو في الأساس محول طول موجي، يمكنه تحويل الطول الموجي للمضخة إلى ضوء بطول موجي محدد وإخراجه على شكل ليزر. من وجهة نظر فيزيائية، فإن مبدأ توليد تضخيم الضوء هو تزويد مادة العمل بضوء بطول موجي يمكنها امتصاصه، بحيث يمكن لمادة العمل امتصاص الطاقة بشكل فعال وتنشيطها. لذلك، اعتمادًا على مادة المنشطات، يختلف طول موجة الامتصاص المقابل أيضًا، كما تختلف متطلبات الطول الموجي للضوء للمضخة.

2.3 ليزر أشباه الموصلات

تم تحفيز ليزر أشباه الموصلات بنجاح في عام 1962 وحقق إنتاجًا مستمرًا في درجة حرارة الغرفة في عام 1970. لاحقًا، بعد التحسينات، تم تطوير ليزر مزدوج غير متجانس وثنائيات ليزر مخططة (ثنائيات الليزر)، والتي تستخدم على نطاق واسع في اتصالات الألياف الضوئية، والأقراص الضوئية، طابعات الليزر والماسحات الضوئية الليزرية ومؤشرات الليزر (مؤشرات الليزر). وهم حاليا الليزر الأكثر إنتاجا. مزايا الثنائيات الليزرية هي: الكفاءة العالية، الحجم الصغير، الوزن الخفيف والسعر المنخفض. على وجه الخصوص، كفاءة نوع البئر الكمي المتعدد هي 20~40%، ونوع PN يصل أيضًا إلى عدة 15%~25%. باختصار، كفاءة الطاقة العالية هي أكبر ميزة لها. بالإضافة إلى ذلك، فإن الطول الموجي المستمر للإخراج يغطي النطاق من الأشعة تحت الحمراء إلى الضوء المرئي، كما تم تسويق المنتجات ذات خرج النبض البصري حتى 50 واط (عرض النبضة 100ns). إنه مثال على الليزر الذي يسهل استخدامه كمصدر للضوء أو مصدر ضوء الإثارة. وفقا لنظرية نطاق الطاقة للمواد الصلبة، تشكل مستويات طاقة الإلكترونات في المواد شبه الموصلة نطاقات طاقة. الطاقة العالية هي فرقة التوصيل، والطاقة المنخفضة هي فرقة التكافؤ، والنطاقين مفصولان بالفرقة المحظورة. عندما يتم إعادة تجميع أزواج ثقب الإلكترون غير المتوازنة التي تم إدخالها في أشباه الموصلات، تشع الطاقة المتحررة في شكل تلألؤ، وهو تلألؤ إعادة التركيب للحاملات.

مزايا ليزر أشباه الموصلات: الحجم الصغير، الوزن الخفيف، التشغيل الموثوق، استهلاك منخفض للطاقة، الكفاءة العالية، إلخ.

2.4ياج ليزر

ليزر YAG، وهو نوع من الليزر، عبارة عن مصفوفة ليزر ذات خصائص شاملة ممتازة (البصريات والميكانيكا والحرارة). مثل أجهزة الليزر الصلبة الأخرى، فإن المكونات الأساسية لليزر YAG هي مادة عمل الليزر ومصدر المضخة وتجويف الرنين. ومع ذلك، نظرًا للأنواع المختلفة من الأيونات المنشطة المخصبة في البلورة، ومصادر المضخة المختلفة وطرق الضخ، والهياكل المختلفة لتجويف الرنين المستخدم، والأجهزة الهيكلية الوظيفية الأخرى المستخدمة، يمكن تقسيم ليزر YAG إلى أنواع عديدة. على سبيل المثال، وفقًا لشكل موجة الإخراج، يمكن تقسيمها إلى ليزر YAG ذو الموجة المستمرة، وليزر YAG ذو التردد المتكرر، وليزر النبض، وما إلى ذلك؛ وفقًا لطول موجة التشغيل، يمكن تقسيمها إلى ليزر YAG 1.06 ميكرومتر، وليزر YAG مضاعف التردد، وليزر YAG المتغير بتردد رامان، وليزر YAG القابل للضبط، وما إلى ذلك؛ وفقًا للمنشطات، يمكن تقسيم أنواع الليزر المختلفة إلى ليزر Nd:YAG، وأشعة ليزر YAG مطعمة بـ Ho، وTm، وEr، وما إلى ذلك؛ وفقًا لشكل البلورة، يتم تقسيمها إلى ليزر YAG على شكل قضيب وعلى شكل لوح؛ وفقا لقوى الإخراج المختلفة، يمكن تقسيمها إلى طاقة عالية وقوة صغيرة ومتوسطة. ياج ليزر، الخ.

آلة القطع بالليزر الصلبة YAG توسع، تعكس وتركز شعاع الليزر النبضي بطول موجة 1064 نانومتر، ثم تشع وتسخن سطح المادة. تنتشر حرارة السطح إلى الداخل من خلال التوصيل الحراري، ويتم التحكم بدقة في عرض نبضة الليزر وطاقتها وذروتها وتكرارها رقميًا. يمكن أن يقوم التردد والمعلمات الأخرى بإذابة المواد وتبخيرها وتبخيرها على الفور، وبالتالي تحقيق القطع واللحام والحفر لمسارات محددة مسبقًا من خلال نظام CNC.

الميزات: تتميز هذه الآلة بجودة شعاع جيدة وكفاءة عالية وتكلفة منخفضة واستقرار وأمان ودقة أكبر وموثوقية عالية. إنها تدمج وظائف القطع واللحام والحفر وغيرها في وظيفة واحدة، مما يجعلها معدات معالجة مرنة تتسم بالدقة المثالية والفعالية. سرعة معالجة سريعة، وكفاءة عالية، وفوائد اقتصادية جيدة، وشقوق حافة مستقيمة صغيرة، وسطح قطع أملس، ونسبة كبيرة من العمق إلى القطر والحد الأدنى من التشوه الحراري لنسبة العرض إلى الارتفاع، ويمكن معالجتها على مواد مختلفة مثل الصلبة والهشة ، وناعمة. لا توجد مشكلة في تآكل الأدوات أو استبدالها أثناء المعالجة، ولا يوجد أي تغيير ميكانيكي. من السهل تحقيق الأتمتة. يمكنها تحقيق المعالجة في ظل ظروف خاصة. كفاءة المضخة عالية تصل إلى حوالي 20%. مع زيادة الكفاءة، ينخفض ​​الحمل الحراري لوسط الليزر، وبالتالي يتحسن الشعاع بشكل كبير. تتميز بعمر طويل الجودة، وموثوقية عالية، وحجم صغير وخفيف الوزن، ومناسبة لتطبيقات التصغير.

التطبيق: مناسب للقطع واللحام والحفر بالليزر للمواد المعدنية: مثل الفولاذ الكربوني والفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك الصلب والألومنيوم والسبائك والنحاس والسبائك والتيتانيوم والسبائك وسبائك النيكل والموليبدينوم وغيرها من المواد. تستخدم على نطاق واسع في الطيران والفضاء والأسلحة والسفن والبتروكيماويات والطبية والأجهزة والالكترونيات الدقيقة والسيارات وغيرها من الصناعات. لم يتم تحسين جودة المعالجة فحسب، بل تم تحسين كفاءة العمل أيضًا؛ بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يوفر ليزر YAG أيضًا طريقة بحث دقيقة وسريعة للبحث العلمي.

مقارنة بأنواع الليزر الأخرى:

1. يمكن أن يعمل ليزر YAG في كلا الوضعين النبضي والمستمر. يمكن أن يحصل خرج النبض الخاص به على نبضات قصيرة ونبضات قصيرة جدًا من خلال تقنية Q-switching وmode locking، مما يجعل نطاق المعالجة الخاص به أكبر من نطاق ليزر ثاني أكسيد الكربون.

2. الطول الموجي الناتج هو 1.06um، وهو بالضبط أمر أصغر من الطول الموجي لليزر ثاني أكسيد الكربون الذي يبلغ 10.06um، لذلك فهو يتمتع بكفاءة اقتران عالية مع المعدن وأداء معالجة جيد.

3. يتميز ليزر YAG بهيكل مدمج، وخفيف الوزن، واستخدام سهل وموثوق، ومتطلبات صيانة منخفضة.

4. يمكن أن يقترن ليزر YAG بالألياف الضوئية. بمساعدة نظام تعدد الإرسال بتقسيم الزمن وتقسيم الطاقة، يمكن نقل شعاع ليزر واحد بسهولة إلى محطات عمل متعددة أو محطات عمل عن بعد، مما يسهل مرونة المعالجة بالليزر. لذلك، عند اختيار الليزر، يجب عليك مراعاة المعلمات المختلفة واحتياجاتك الفعلية. بهذه الطريقة فقط يمكن لليزر أن يمارس أقصى قدر من الكفاءة. تعد أجهزة الليزر النبضية Nd:YAG المقدمة من Xinte Optoelectronics مناسبة للتطبيقات الصناعية والعلمية. يوفر ليزر Nd:YAG النبضي الموثوق والمستقر خرج نبضي يصل إلى 1.5J عند 1064 نانومتر مع معدلات تكرار تصل إلى 100 هرتز.