Trumpf, Amada, Bystronic, Mazak, Prima, Messer, LVD, Salvagnini, Behrens, CKY, Cincinnati, CY Laser, Haas, Haco, Han Kwang, Koike, Laser Lab, Mitsubishi, NTC, Nucon, Precitec, Strippit, Tanaka, Thyssen, ROFIN, PRC, CP/CV Convergent Prima

Mamy optykę do Twojego lasera

Od luster wstecznych po soczewki skupiające i każdą optykę pomiędzy nimi.

Produkty

Katalog produktów

Optyka największego na świecie amerykańskiego producenta II-VI

II-VI to wiodący producent soczewek laserowych CO2 o dużej mocy i dostawca produktów optycznych wybierany przez producentów laserów CO2 na całym świecie.

Rekomendowana marka II-VI oferuje zamienną optykę laserową i komponenty, w tym soczewki skupiające i lustra skupiające (paraboliczne), lusterka zginające, kolimatory, opóźniacze fazy odblaskowej, lusterka wsteczne, złącza wyjściowe i okna wyjściowe. Zastępcze optyka laserowa wykonana z własnego selenku cynku II (VI) (ZnSe), a także miedzi (Cu), arsenu galu (GaAs), germanu (Ge), molibdenu (Mo) i krzemu (Si).

Logo II IV Infrared

Bezpłatny odbiór i utylizacja zużytej optyki

Bezpłatny odbiór i utylizacja zużytej optyki

Badania toksyczności w celu określenia ryzyka obchodzenia się lub przyjmowania ZnSe wykazały, że ten materiał nie jest toksyczny. Jednak długoterminowe skutki wdychania pyłu ZnSe są nieznane. ZnSe jest zwykle obrabiany mechanicznie lub szlifowany przy użyciu mokrych zawiesin, aby zminimalizować wszelki pył, który mógłby spowodować wdychanie. Zasadniczo należy przestrzegać dobrych praktyk pracy, takich jak mycie rąk po pracy ze ZnSe, aby uniknąć przeniesienia pyłu ZnSe do ust podczas pracy z jedzeniem itp.

W przypadku uszkodzenia układu optycznego ZnSe, II-VI zaleca, aby zebrać duże kawałki i umieścić w odpowiednim pojemniku w celu późniejszego usunięcia. Małe kawałki wielkości pyłu należy wytrzeć mokrą szmatką lub ręcznikiem papierowym, aby uniknąć kurzu w powietrzu. Złamane lub złomowane części ZnSe powinny być usuwane w odpowiednio licencjonowanym zakładzie utylizacji przemysłowej. Optykę ZnSe można zwrócić do II-VI w celu naprawy, odnowienia lub odzyskania optyki.

Jeśli optyka ZnSe zostanie spalona lub stopiona w wyniku absorpcji lasera CO2, ZnSe rozkłada się na ZnO i SeO2. Czyszczenie rozłożonego ZnSe należy przeprowadzić, przecierając obszar mokrą szmatką lub ręcznikiem papierowym, aby uniknąć unoszącego się w powietrzu pyłu. Rozłożony ZnSe może wymagać ścierania w celu usunięcia ZnO i SeO2 z otaczających mocowań soczewek i rurek doprowadzających wiązkę. Należy to oczyścić kawałkiem mokrego papieru ściernego lub inną podobną metodą. Powstały materiał powinien zostać właściwie zutylizowany w odpowiednio licencjonowanym obiekcie unieszkodliwiania odpadów przemysłowych.

Absorpcja

MP-5®: Optyka laserowa i dominująca rola absorpcji

Soczewka lasera CO2 o najniższej absorpcji na rynku. Od samego początku swojego istnienia w 1971 r., amerykański producent II-VI Infrared odgrywa kluczową rolę w opracowywaniu materiałów i powłok optycznych, dzięki którym laser CO2 stał się wiodącą technologią przetwarzania materiałów i zastosowań w dziedzinach tak różnorodnych, jak chirurgia laserowa, obrazowanie laserowe, namierzanie celów oraz nadzór. Na początku lat siedemdziesiątych, postępy technologii laserowej CO2 pozwoliły na rozwój laserów o poziomach mocy przekraczających 1 kW. W tamtym czasie, widoczna była potrzeba właściwego zrozumienia materiałów i powłok optycznych. Wydajność laserów na podczerwień o dużej mocy, w tym laserów falowodowych o wysokiej gęstości energii, zależy w dużej mierze od poziomów kontroli absorpcji w podłożach optycznych, ich cienkowarstwowych powłokach i powierzchniach międzyfazowych. II-VI jest liderem w technologii optyki laserów na podczerwień.

Absorpcja w optyce laserowej

Zanieczyszczenia spowodowane obcymi materiałami na powierzchni układu optycznego obejmują kurz, olej, tłuszcz, odciski palców i węglowodór. Zanieczyszczenia te, jeśli osadzą się na powierzchni układu optycznego, mogą prowadzić do absorpcji i skrócić jego żywotność oraz wydajność. Miejscowe podgrzanie, spowodowane zanieczyszczeniem, może prowadzić do „niekontrolowanego wzrostu temperatury” elementów optycznych o dużej mocy.

Wysokie temperatury powodują wzrost wolnych nośników w materiale sypkim, co zwiększa absorpcję. Proces ten osiąga stan lawinowy, a niekontrolowany wzrost temperatury rozpoczyna się przy > 50 ° C dla Ge oraz > 200 ° C dla ZnSe i GaA. Niedoskonałości powierzchni, które również powodują absorpcję, mogą obejmować:

  • Rysy
  • Wgłębienia
  • Osadzające się materiały ścierne
  • Otwory w powłokach
  • Otwory w powłokach
  • Inkluzje w powłokach

Te wady powierzchniowe zachowują się jak miejsca uszkodzenia, które ulegają degradacji z powodu intensywnych zaburzeń w otaczającym je polu elektrycznym.

Skutki absorpcji w laserach CO2

Poziom absorpcji długości fali CO2 w połączeniu z właściwościami przewodnictwa cieplnego optyki i jej ustawieniem są ważne dla określenia wydajności systemu laserowego i żywotności układu optycznego. Chociaż źródło i kontrola czynników przyczyniających się do absorpcji są złożone, skutki pozostają przejrzyste i obejmują:

  • Zmniejszoną moc wyjściową
  • Wahania mocy wyjściowej
  • Niestabilność trybu pracy
  • Przesunięcie punktu ogniskowania
  • Uszkodzenia powłoki
  • Inkluzje w powłokach
  • Awarie elementów optycznych zewnętrznej wnęki

Cechy soczewki

Wszystkie soczewki, niezależnie od kształtu, posiadają pewne wspólne cechy. Najważniejszą cechą jest ogniskowa. Niezwykle ważne jest zrozumienie, w jaki sposób mierzona jest ogniskowa i jak różne czynniki wpływają na punkt skupienia soczewki.

  • Płaszczyzna główna jest urojoną powierzchnią utworzoną na przecięciu padających promieni równoległych i wychodzących promieni skupionych.
  • Punkt główny jest przecięciem płaszczyzny głównej z osią optyczną.
  • Punkt skupienia to miejsce, w którym padające promienie równoległe do osi optycznej są skupiane i przecinają oś optyczną.
  • Ogniskowa efektywna ( Effective Focal Length - EFL) to odległość wzdłuż osi optycznej od punktu głównego do punktu skupienia.
  • Odległość robocza - Working Distance (WD) / Back Focal Length (BFL) lub Tylna Ogniskowa (BFL) to odległość od ostatniej powierzchni soczewki do płaszczyzny obrazu.
Cechy soczewki
Ogniskowa

Ogniskowa

Jak pokazano na Rysunku 1, ogniskową soczewki opisują trzy różne wartości. Najczęściej stosowana jest ogniskowa efektywna (EFL), która określa moc powiększenia soczewki i jest najczęściej stosowaną miarą opisującą ogniskową w tabelach specyfikacji. EFL jest obliczana na podstawie wzorów i odnosi się do niefizycznej „płaszczyzny głównej” w soczewce lub w jej pobliżu. Niefizyczna pozycja płaszczyzny zmienia się w zależności od konstrukcji soczewki i nie można jej zlokalizować na podstawie kontroli wzrokowej. Tylna ogniskowa (BFL) i odległość robocza (WD) wiążą punkt ogniskowy z fizycznymi punktami na powierzchni soczewki, które można łatwo zaobserwować.

Tylko wtedy, gdy zostanie przedstawiony obiekt w nieskończoności – co odpowiada idealnie skolimowanemu wejściu – soczewka utworzy punkt w odległości obrazu odpowiadającej jej EFL. Dla każdej innej odległości od obiektu obraz utworzy się dalej od soczewki niż ogniskowa. Najlepiej, jeżeli odległość obrazu jest związana z odległością obiektu według wzoru poniżej.

Formuła efektywnej ogniskowej

Gdzie „o” to odległość od obiektu do pierwszego głównego punktu soczewki, „i” to odległość od drugiego głównego punktu do obrazu, a „f” to ogniskowa soczewki. Schemat tej sytuacji został przedstawiony na Rysunku 2. W przypadku laserów za obiekt jest uważana talia wiązki. Producenci laserów dostarczają dane dotyczące położenia talii wiązki w stosunku do lasera, dzięki czemu można łatwo obliczyć odległość obrazu. Zależność ta jest ważna, ponieważ w wielu systemach dostarczania wiązki laserowej – systemach „latającej optyki” – układ soczewek porusza się względem talii wiązki laserowej podczas pracy. Co za tym idzie, zmienia się również pozycja ogniskowej. Istnieje kilka rzeczywistych efektów, które wpływają na pozycję ogniskowej soczewki, szczególnie w systemach laserowych o dużej mocy. Absorpcja mocy lasera podczas pracy powoduje nagrzewanie się soczewki. Zmiana temperatury prowadzi do zmiany współczynnika załamania światła, rozszerzalności cieplnej układu optycznego i wywołanych naprężeniem zmian współczynnika załamania światła (efekty fotoelastyczne). Rezultatem są deformacje termiczne soczewki, które powodują operacyjną zmianę ogniskowej.

Formuła efektywnej ogniskowej
Naprężenie termiczne

Naprężenie termiczne: począwszy od lewego górnego rogu wg ruchu wskazówek zegara: Postępujące obciążenie termiczne soczewki.

Polaryzacja

Polaryzacja - Definicja wektora polaryzacji

Polaryzacja jest ważną właściwością optyczną wspólną dla wszystkich wiązek laserowych. Wykorzystują ją okna Brewstera, opóźniacze fazy odblaskowej i absorbujące cienkowarstwowe światła odblaskowe. Z drugiej strony, ignorowana może powodować kłopotliwe, a czasem nieprzewidywalne skutki. Ponieważ praktycznie wszystkie źródła laserowe wykazują pewien stopień polaryzacji, zrozumienie tego efektu jest konieczne do prawidłowego dobrania elementów systemu. Poniższy tekst podaje podstawową definicję polaryzacji i przedstawia jej najczęściej spotykane rodzaje. Światło jest poprzeczną falą elektromagnetyczną; oznacza to, że wektory pola elektrycznego i magnetycznego są skierowane prostopadle do kierunku podróży fali. Gdy wszystkie wektory pola elektrycznego danego ciągu fali leżą w płaszczyźnie, fala jest uważana za gładką lub liniowo spolaryzowaną. Orientacja tej płaszczyzny jest kierunkiem polaryzacji.

Polalryzacja
Ogniskowa

Niespolaryzowane światło

Niespolaryzowane światło odnosi się do zbioru fal, który posiada równomierny rozkład orientacji pola elektrycznego we wszystkich kierunkach (Rysunek 2.) Podczas gdy każdy pojedynczy ciąg fali może być spolaryzowany liniowo, nie istnieje preferowany kierunek polaryzacji, gdy wszystkie fale są uśredniane. Losowo spolaryzowane światło jest dokładnie tym, co podaje nazwa; światło jest spolaryzowane płasko, ale jego kierunek jest nieznany i może zmieniać się w czasie. Losowa polaryzacja powoduje problemy w układach optycznych, ponieważ niektóre elementy są na nią wrażliwe. Jeśli stan polaryzacji zmienia się w czasie, to właściwości transmisji, odbicia i / lub absorpcji elementów zmieniają się wraz z nią.Polaryzacja to wektor, który ma zarówno kierunek, jak i amplitudę. Jak każdy wektor, jest on zdefiniowany w dowolnym układzie współrzędnych jako suma elementów ortogonalnych. Na Rysunku 3, przedstawiona została płaska fala spolaryzowana, która wskazuje 45° nachylenia do osi podanego układu współrzędnych. Co za tym idzie, opisana na tym układzie współrzędnych posiada równe składowe x i y. Jeśli następnie wprowadzimy różnicę faz wynoszącą 90° (lub ćwierć długości fali) między tymi składowymi, powstanie fala, w której wektor pola elektrycznego ma stałą amplitudę, ale której kierunek zmienia się podczas ruchu w dół ciągu fali (Rysunek 4). Uważa się, że taka fala jest spolaryzowana kołowo, ponieważ wierzchołek wektora polaryzacji nakreśla okrąg, gdy przechodzi przez ustalony punkt. Jeśli mamy dwa ciągi fal o nierównej amplitudzie i ćwierćfalowej różnicy fazy, to wynikiem jest polaryzacja eliptyczna. Końcówka wektora polaryzacji nakreśli elipsę, gdy fala minie ustalony punkt. Stosunek osi wielkiej do osi małej nazywany jest współczynnikiem eliptyczności polaryzacji. Zawsze należy podawać orientację polaryzacji przy zamawianiu powłok optycznych w przypadku zastosowań w warunkach nienormalnych. Jeśli nie mają Państwo pewności, jak określić stan polaryzacji swojego źródła, prosimy o kontakt z naszymi inżynierami ds. zastosowań w celu uzyskania pomocy.

Fala jest rozdzielana na dwa równe elementy, każdy pod kątem 45° do oryginału (u góry). Wprowadzenie ćwierćfalowej różnicy faz między tymi elementami powoduje powstanie fali, której amplituda jest stała (dolna), ale której wektor polaryzacji obraca się.

W przypadku polaryzacji s, polaryzacja wejściowa jest prostopadła do płaszczyzny (przedstawiona w kolorze) zawierającej wiązki wejściowe i wyjściowe. W przypadku polaryzacji p, polaryzacja wejściowa jest równoległa do płaszczyzny (przedstawiona w kolorze) zawierającej wiązki wejściowe i wyjściowe.

Formuła efektywnej ogniskowej
Naprężenie termiczne

Współczynnik odbicia od powierzchni

Wykres współczynnika odbicia od powierzchni dla polaryzacji s i p jako funkcja kąta padania dla ZnSe przy 10,6 µm. Gdy światło pada na powierzchnię optyczną, taką jak dzielnik wiązki, pod nieprostopadłym kątem, właściwości odbicia i transmisji zależą od polaryzacji. W tym przypadku używany przez nas układ współrzędnych jest zdefiniowany przez płaszczyznę zawierającą wiązki wejściowe i odbite. Światło z wektorem polaryzacyjnym leżącym w tej płaszczyźnie nazywa się spolaryzowanym p, a światło spolaryzowane prostopadle do tej płaszczyzny nazywa się spolaryzowanym s. Dowolny stan polaryzacji wejściowej można wyrazić jako sumę wektorową tych składników s i p. Aby zrozumieć znaczenie polaryzacji s i p, należy zapoznać się z wykresem, który przedstawia współczynnik odbicia od powierzchni jako funkcję kąta padania dla składników s i p światła o długości fali 10,6 µm, uderzającego w powierzchnię ZnSe. Należy zauważyć, że podczas gdy współczynnik odbicia składnika „s” stale rośnie wraz z kątem, składnik „p” początkowo zmniejsza się ku zeru aż do 67°, a następnie rośnie. Kąt, pod jakim współczynnik odbicia p spada do zera, nazywa się kątem Brewstera. Efekt ten wykorzystuje się na kilka sposobów do wytwarzania elementów polaryzacyjnych lub niepowlekanych okien, takich jak okna Brewstera, które nie wykazują strat transmisyjnych.

Kąt, pod którym współczynnik odbicia p spada do zera, określany jako kąt Brewstera, można obliczyć ze wzoru:

Gdzie ΘB oznacza Kąt Brewstera a n jest współczynnikiem załamania światła materiału.

Stan polaryzacji: Stan polaryzacji jest szczególnie ważny w zastosowaniach cięcia laserowego. Zobacz nasze opóźniacze fazy odblaskowej, które zapewniają optymalną polaryzację dla cięcia laserowego.

Naprężenie termiczne

Podsumowanie polaryzacji

Wybór odpowiedniej soczewki skupiającej

PRZYPADEK 1: Określenie optymalnej średnicy wiązki wejściowej po ustaleniu ogniskowej soczewki.

Często występują ograniczenia dotyczące ogniskowej soczewki ze względu na właściwości mechaniczne systemu. Na przykład, może istnieć dolny limit odległości soczewki skupiającej od obrabianego przedmiotu. W tej sytuacji, najpraktyczniej jest wybrać soczewkę o ogniskowej sprzyjającej ograniczeniom mechanicznym systemu, a następnie zmienić średnicę wiązki wejściowej padającej na obiektyw, aby osiągnąć minimalny rozmiar punktu ogniskowania.Aby określić średnicę wiązki, która zapewni minimalny rozmiar punktu ogniskowania, należy zastosować równanie na wielkość punktu, zróżnicować je względem średnicy wiązki, a następnie ustawić na zero, aby znaleźć wartość minimalną. Daje to następujące równanie:

Odnosząc się do poprzedniego przykładu, używając najlepszej soczewki wklęsło-wypukłej ZnSe o ogniskowej ograniczonej do 5,00 ”lub 127 mm, otrzymujemy optymalną średnicę wiązki wejściowej wynoszącą 26 mm. Wstawienie tej wartości do równania określającego wielkość punktu ogniskowania daje wynik równy 86µm, jak przedstawiono na wykresie w rozdziale „Określanie wielkości punktu ogniskowania”. Jeśli wykonamy obliczenia dla płasko-wypukłej soczewki ZnSe o ogniskowej 5,00”, otrzymamy optymalną średnicę wiązki wejściowej wynoszącą 24 mm, która zapewnia średnicę punktu ogniskowania równą 96 µm.Jeśli średnica wiązki wejściowej uzyskana z tego obliczenia nie jest ściśle dopasowana do średnicy wiązki przedstawionej w systemie, należy rozszerzyć lub zwęzić promień lasera do tego rozmiaru. Wiązkę można rozszerzyć lub skurczyć za pomocą ekspandera / kondensatora wiązki lub konstruując ekspander / kondensator wiązki używając indywidualnych soczewek.

PRZYPADEK 2: Określenie optymalnej ogniskowej soczewki po ustaleniu średnicy wiązki wejściowej.

Jeśli zmiana średnicy wiązki w systemie jest niemożliwa lub niepożądana, wówczas pomocna jest wiedza o ogniskowej używanej do uzyskania minimalnej wielkości punktu ogniskowania. Aby określić ogniskową, która zapewni minimalną wielkość punktu ogniskowania, ponownie przyjmujemy równanie dla wielkości tegoż punktu, tym razem różnicując je względem ogniskowej, a następnie ustawiając na zero, aby znaleźć wartość minimalną. Daje to następujące równanie:

Po wybraniu optymalnej ogniskowej, należy zastosować soczewkę standardową o ogniskowej najbliższej optymalnej wartości. W bardziej wymagających zastosowaniach, II-VI może z łatwością wytworzyć układ optyczny o dokładnej ogniskowej i wymaganych tolerancjach. Jak widać na podstawie powyższych przykładów, istnieje ograniczenie wielkości punktu ogniskowania, które można osiągnąć, gdy ograniczona jest albo ogniskowa, albo średnica wiązki wejściowej. Jeśli minimalny rozmiar punktu ogniskowania wynikający z obliczeń jest większy niż ten wymagany dla danego zastosowania, można jedynie zmienić niektóre parametry układu optycznego.

UWAGA

W przypadku laserów CO2 o większej mocy, zwykle nie zaleca się używania soczewek o średnicy większej niż 1,5 średnicy wiązki (1/e2). Większe zakresy zwiększają szansę na wywołanie zniekształceń termicznych w soczewce. Jest to spowodowane zbyt dużym gradientem termicznym wzdłuż elementu optycznego w wyniku większej odległości między ogrzewanym centralnym obszarem wiązki a chłodniejszą krawędzią soczewki.

Przegląd Laserów

Laser Nd YAG

Lasery Nd:YAG

Elementy laserowe stosowane w laserach na ciele stałym to syntetyczne pręty kryształowe. Pręty te są pompowane energią, zwykle z ksenonowych lamp błyskowych lub zestawów diod laserowych. Większość laserów na ciele stałym wykorzystuje wnęki rezonatorowe z zewnętrznymi zwierciadłami. W przypadku zastosowań przemysłowych, najczęściej stosowane kryształy laserowe są wykonane z Nd: YAG. Lasery te działają w bliskiej podczerwieni przy długości fali wynoszącej 1,06 μm. Moc wyjściowa może wynosić nawet 5 kilowatów. Zastosowania laserów Nd:YAG obejmują cięcie, wiercenie, spawanie, trasowanie i grawerowanie. Materiały przetwarzane przez lasery Nd:YAG obejmują żywicę węglową, ceramikę, a także większość metali i tworzyw sztucznych. Lasery YAG są często używane w spawalnictwie przemysłowym, a ich moc jest skalowana poprzez szeregowe układanie prętów. W przeciwieństwie do systemów CO2, lasery YAG mogą dostarczać energię za pośrednictwem systemu światłowodów.

Chociaż włókno wyjściowe (i średnica wiązki) jest większe niż to generowane przez standardowy laser światłowodowy typu Fiber, lasery YAG nadal oferują bardziej elastyczne dostarczanie wiązki niż lasery CO2. Co za tym idzie, dostarczanie światłowodu przy wysokich poziomach mocy pozwoliło laserom Nd:YAG wejść w obszary zastosowań, w których wykorzystanie systemu CO2 jest ograniczone. Również integracja jest łatwiejsza niż w przypadku laserów CO2, ponieważ światłowód może być używany w pracy z robotami. W związku z tym, podstawowymi zaletami YAG są mniejsza długość fali i możliwość wykorzystania w operacjach zautomatyzowanych. Ponadto, lasery YAG generują niewielką ilość plazmy, a zatem nie wymagają stosowania gazu osłonowego. Wady tego typu lasera obejmują niską wydajność wtyczki ściennej wynoszącą około 3 procent oraz duży rozmiar (w stosunku do systemów diodowych i światłowodowych typu Fiber). Rozmiar ten wynika z dużego systemu chłodzenia. Choć wiązka laserów YAG posiada odpowiednią jakość do spawania, to nie jest najlepszym wyborem w przypadku cięcia (ponieważ osiągalna gęstość energii jest niższa). Jednym z powodów obniżenia jakości cięcia jest to, że jakość wiązki laserów Nd:YAG spada po sprzężeniu z włóknem.

Lasery światłowodowe Fiber

Technologia laserów światłowodowych poczyniła ogromny postęp w ciągu ostatnich lat. Wydają się być obiecującym rozwiązaniem w obszarze nowych zastosowań. Obecnie są używane głównie w operacjach o niskiej mocy. Dzięki rozmiarom mniejszym niż inne rodzaje laserów, lasery światłowodowe wyróżniają się modułową konstrukcją. Ponieważ wnęka laserowa jest konwencjonalnym włóknem wielomodowym, dostarczanie włókien o małej średnicy jest nieodłącznym elementem systemu i nie powoduje strat podczas kontaktu powietrza z włóknem. Co więcej, przy długości fali emisji wynoszącej 1,07 μm, światłowód ogólnie charakteryzuje się stosunkowo niewielkimi stratami. Włókno jest zazwyczaj wykonane ze stopionej krzemionki, domieszkowanej iterbem (Yb), pompowanej za pomocą zestawów diod laserowych i osłoniętej siatkami Bragga. Dzięki wielu warstwom związanych, pojedynczych nadajników – diod laserowych, można skalować jego moc powyżej 10 kilowatów. Podstawową wadą lasera światłowodowego jest wysoki koszt wielu zestawów diod (ponieważ pojedyncze nadajniki mogą obecnie osiągnąć tylko około 4 watów mocy) i związane z tym problemy z niezawodnością. Kluczem do uporania się z niepewną żywotnością diod jest redundancja, która osłania ich awarię, chociaż oznacza również dodatkowe koszty i bardziej zaawansowaną złożoność tych systemów laserowych.

Laser fiber

Lasery światłowodowe zapewniają pożądany zakres długości fali do obróbki metalu dzięki wysokiej absorpcji materiału. Włókno 300 μm zapewnia również bardzo prosty profil wiązki, co ułatwia osiągnięcie większej głębokości skupienia i jest przydatne w przypadku spawania. Podstawową korzyścią używania laserów światłowodowych jest dostarczanie wiązki za pomocą cienkiego włókna, którym można manipulować za pomocą niedrogich robotów.

Niektórzy twierdzą, że istnieją obszary zastosowań , w których lasery światłowodowe mogłyby ostatecznie zastąpić systemy CO2. Na przykład, przemysł stoczniowy używa obecnie laserów CO2 o mocy od 4 do 8 kilowatów. „Ale za około 5 lat będziemy mogli obserwować lasery światłowodowe stosowane w tych procesach”, twierdzi Stefan Heinemann (Fraunhofer, USA [Centrum Techniki Laserowej]), właśnie dzięki możliwości manipulowania wyjściem włókien.

Laser diodowy

Lasery półprzewodnikowe (diodowe)

Systemy laserowe z diodą bezpośrednią dostarczają energię przez półprzewodniki podłączone do światłowodowego lub lustrzanego systemu dostarczania wiązki. Gdy te diody laserowe zostają pogrupowane lub „ułożone” w jedno- lub dwuwymiarowe szeregi, całkowita moc wyjściowa może zwiększyć się do zakresu kilowatów. Konstrukcja diody laserowej jest podzielona wzdłuż naturalnych ścianek, tworząc lustrzane powierzchnie. Co za tym idzie, dioda sama działa jak wnęka rezonatora. Pompowanie następuje na skutek zasilania prądem, a długość fali zależy od materiału półprzewodnika, z którego wykonana jest dioda. Z powodu standardowych kształtów wiązki – liniowego lub prostokątnego – przemysłowe diody laserowe nie nadają się do wiercenia lub cięcia, gdzie wymagana jest wąsko skupiona wiązka. Są natomiast odpowiednie do innych zastosowań, w tym do spawania ciągłego (liniowego), lutowania twardego i miękkiego, napawania laserowego oraz obróbki cieplnej. Materiały, które można przetwarzać za pomocą przemysłowych laserów diodowych obejmują szeroki zakres metali i tworzyw sztucznych.

Ponadto, przy krótszych długościach fal (0,8-1,0 μm) niż te generowane przez standardowe lasery Nd:YAG (1,06 μm) lub CO2 (10,6 μm), szybkość absorpcji w aluminium i innych metalach jest znacznie wyższa i nie wymaga wstępnego powlekania metalu, co często ma miejsce w przypadku innych laserów, przede wszystkim laserów CO2. Oprócz zastosowań przemysłowych, diody laserowe są również wykorzystywane do zasilania (pompowania) laserów na ciele stałym (kryształowych), dyskowych i światłowodowych. Lasery diodowe mają znacznie wyższą wydajność niż inne rodzaje laserów, ale także niższą gęstość energii (pomimo zastosowania szeregów diod i sprzężeniu światłowodów).Przedwczesne awarie diod, a co za tym idzie problemy związane z ich niezawodnością, nadal stanowią istotny problem laserów diodowych (oraz układów, które wykorzystują je do pompowania innych laserów). Wyższe koszty użytkowania wynikają z tego, że zestawy diod muszą zostać wymienione, gdy ulegną awarii, lub powielone w przypadku systemów z wbudowanym układem redundancji. Maksymalne dostępne na rynku poziomy mocy dla lasera diodowego przekraczają 5 kilowatów.

Laser dyskowy

Lasery dyskowe

W tym systemie aktywnym medium laserowym jest bardzo cienki dysk o grubości mniejszej niż 200 μm. Kryształ Yb:YAG jest stymulowany z przodu za pomocą zestawu diod laserowych o konstrukcji pompującej niemalże na całej długości. Część tylna jest chłodzona na całym obszarze. Ze względu na małą grubość, absorbowana jest tylko część generowanej wiązki. W układzie optycznym składającym się z jednego zwierciadła parabolicznego i jednego zwierciadła odblaskowego (patrz schemat), energia nieabsorbowana na każdym dysku będzie obrazowana wiele razy z każdego układu lasera diodowego w celu zoptymalizowania wydajności. Zazwyczaj wykonywanych jest do 32 przejść każdej wiązki. Pojedynczy dysk może wytwarzać do 3,5 kilowata mocy, a lasery te działają w bliskiej podczerwieni przy długości fali 1,03 μm. Dzięki innowacyjnym projektom, takim jak ten przedstawiony na schemacie powyżej, można kaskadować wiele dysków, aby osiągnąć wyższe poziomy mocy.

Ponieważ dysk można schłodzić na całej jego tylnej stronie, soczewkowanie termiczne jest ograniczone do minimum. Przepływ ciepła i gradienty temperatury występują głównie w osi, co powoduje prawie jednorodny rozkład temperatury i minimalne zniekształcenie czoła fali. Dzięki tym zaletom możliwe jest uzyskanie doskonałej jakości wiązki nawet przy dużych mocach lasera. Depolaryzacja spowodowana przez aktywne środowisko jest również bardzo niska. Co więcej, prostą skalowalność mocy można uzyskać poprzez zmianę średnicy pompowanej wiązki i mocy pompy.

Modułowa konstrukcja umożliwia zmianę różnych parametrów lasera, takich jak tryb pracy, poziom mocy i jakość wiązki. Moduł laserowy składa się z cienkiego modułu dysku i innych elementów, takich jak rezonator i obudowa. Chłodzenie modułu cienkiego dysku odbywa się za pomocą urządzenia chłodzącego lub zintegrowanego źródła wody. Całkowicie zmontowany moduł zawiera powlekany i odpowiednio dobrany cienki dysk, przymocowany do radiatora i zintegrowany z układem optycznym niezbędnym dla wielopasmowego obrazowania promieniowania pompy. Kryształ można zamontować na goniometrze, co umożliwia wykorzystanie cienkiego dysku jako zwierciadła w rezonatorze. Lasery dyskowe oferują zarówno wyższą wydajność, jak i lepszą jakość wiązki niż lasery Nd:YAG. Mniejsza wiązka, a co za tym idzie wyższa gęstość energii, zmniejsza straty i umożliwia szybsze cięcie cienkiej stali. (Cięcie grubszej stali wymaga szerszych nacięć dla lepszej dynamiki przepływu gazu i co za tym idzie, lasery dyskowe są mniej skuteczne i wolniejsze w pracy na takim materiale.) Ponadto, dostarczając włókna o mniejszej średnicy, system umożliwia manipulowanie mocą lasera za pomocą niedrogich robotów.

Lasery te są uważane przez wielu za następców laserów Nd:YAG w większości zastosowań spawalniczych. Lasery dyskowe o dużej odległości roboczej i wysokiej jakości wiązki mają doskonały długoterminowy potencjał w zastosowaniach o dużej mocy.

INSTAGRAM