1. Laser đĩa
Đề xuất về khái niệm thiết kế Laser đĩa đã giải quyết hiệu quả vấn đề ảnh hưởng nhiệt của laser trạng thái rắn và đạt được sự kết hợp hoàn hảo giữa công suất trung bình cao, công suất đỉnh cao, hiệu suất cao và chất lượng chùm tia cao của laser trạng thái rắn. Laser đĩa đã trở thành nguồn sáng laser mới không thể thiếu cho quá trình gia công trong các lĩnh vực ô tô, tàu thủy, đường sắt, hàng không, năng lượng và các lĩnh vực khác. Công nghệ laser đĩa công suất cao hiện nay có công suất tối đa 16 kilowatt và chất lượng chùm tia 8 mm milliradian, cho phép hàn từ xa bằng robot laser và cắt tốc độ cao bằng laser khổ lớn, mở ra triển vọng rộng lớn cho laser trạng thái rắn trong lĩnh vực này.xử lý laser công suất caoThị trường ứng dụng.
Ưu điểm của laser dạng đĩa:
1. Cấu trúc mô-đun
Laser dạng đĩa sử dụng cấu trúc mô-đun, và mỗi mô-đun có thể được thay thế nhanh chóng tại chỗ. Hệ thống làm mát và hệ thống dẫn sáng được tích hợp với nguồn laser, với cấu trúc nhỏ gọn, kích thước nhỏ và khả năng lắp đặt và hiệu chỉnh nhanh chóng.
2. Chất lượng chùm tia tuyệt vời và đạt tiêu chuẩn.
Tất cả các laser đĩa TRUMPF trên 2kW đều có tích số tham số chùm tia (BPP) được chuẩn hóa ở mức 8mm/mrad. Laser không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi chế độ hoạt động và tương thích với tất cả các thiết bị quang học TRUMPF.
3. Do kích thước điểm trong laser dạng đĩa lớn, mật độ công suất quang học mà mỗi phần tử quang học phải chịu đựng là nhỏ.
Ngưỡng chịu hư hại của lớp phủ linh kiện quang học thường vào khoảng 500MW/cm2, và ngưỡng chịu hư hại của thạch anh là 2-3GW/cm2. Mật độ công suất trong khoang cộng hưởng laser đĩa TRUMPF thường nhỏ hơn 0,5MW/cm2, và mật độ công suất trên sợi quang ghép nối nhỏ hơn 30MW/cm2. Mật độ công suất thấp như vậy sẽ không gây hư hại cho các linh kiện quang học và không tạo ra các hiệu ứng phi tuyến tính, do đó đảm bảo độ tin cậy hoạt động.
4. Áp dụng hệ thống điều khiển phản hồi thời gian thực công suất laser.
Hệ thống điều khiển phản hồi thời gian thực có thể duy trì công suất ổn định tại khớp nối chữ T, và kết quả gia công có độ lặp lại tuyệt vời. Thời gian làm nóng sơ bộ của laser dạng đĩa gần như bằng không, và phạm vi công suất điều chỉnh là 1%–100%. Vì laser dạng đĩa giải quyết hoàn toàn vấn đề hiệu ứng thấu kính nhiệt, nên công suất laser, kích thước điểm và góc phân kỳ chùm tia ổn định trong toàn bộ phạm vi công suất, và mặt sóng của chùm tia không bị biến dạng.
5. Cáp quang có thể được kết nối và sử dụng ngay trong khi laser vẫn tiếp tục hoạt động.
Khi một sợi quang bị lỗi, khi thay thế sợi quang đó, bạn chỉ cần đóng đường dẫn quang của sợi quang đó mà không cần tắt máy, các sợi quang khác vẫn có thể tiếp tục phát ra ánh sáng laser. Việc thay thế sợi quang rất dễ dàng, chỉ cần cắm và sử dụng, không cần bất kỳ dụng cụ hay điều chỉnh căn chỉnh nào. Có một thiết bị chống bụi ở lối vào bên ngoài để ngăn chặn bụi xâm nhập vào khu vực linh kiện quang học.
6. An toàn và đáng tin cậy
Trong quá trình xử lý, ngay cả khi độ phát xạ của vật liệu được xử lý cao đến mức ánh sáng laser bị phản xạ ngược trở lại laser, điều này cũng sẽ không ảnh hưởng đến bản thân laser hoặc hiệu quả xử lý, và sẽ không có hạn chế nào đối với việc xử lý vật liệu hoặc chiều dài sợi quang. Độ an toàn của hoạt động laser đã được cấp chứng nhận an toàn của Đức.
7. Mô-đun điốt bơm đơn giản và nhanh hơn.
Mảng điốt gắn trên mô-đun bơm cũng có cấu trúc dạng mô-đun. Các mô-đun mảng điốt có tuổi thọ cao và được bảo hành 3 năm hoặc 20.000 giờ. Không cần thời gian ngừng hoạt động cho dù đó là thay thế theo kế hoạch hay thay thế ngay lập tức do sự cố đột ngột. Khi một mô-đun bị lỗi, hệ thống điều khiển sẽ báo động và tự động tăng dòng điện của các mô-đun khác một cách thích hợp để giữ cho công suất đầu ra của laser không đổi. Người dùng có thể tiếp tục làm việc trong mười hoặc thậm chí hàng chục giờ. Việc thay thế các mô-đun điốt bơm tại địa điểm sản xuất rất đơn giản và không yêu cầu đào tạo người vận hành.
Giống như các loại laser khác, laser sợi quang bao gồm ba phần: môi trường khuếch đại (sợi quang pha tạp) có khả năng tạo ra photon, khoang cộng hưởng quang học cho phép photon được phản hồi và khuếch đại cộng hưởng trong môi trường khuếch đại, và nguồn bơm kích thích sự chuyển đổi photon.
Đặc điểm: 1. Sợi quang có tỷ lệ “diện tích bề mặt/thể tích” cao, hiệu quả tản nhiệt tốt và có thể hoạt động liên tục mà không cần làm mát cưỡng bức. 2. Là môi trường dẫn sóng, sợi quang có đường kính lõi nhỏ và dễ đạt mật độ công suất cao bên trong sợi. Do đó, laser sợi quang có hiệu suất chuyển đổi cao hơn, ngưỡng thấp hơn, độ khuếch đại cao hơn và độ rộng vạch hẹp hơn, đồng thời tổn hao ghép nối nhỏ hơn so với laser sợi quang thông thường. 3. Vì sợi quang có tính linh hoạt tốt, laser sợi quang nhỏ gọn, dễ uốn, cấu trúc nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí và dễ tích hợp vào hệ thống. 4. Sợi quang cũng có khá nhiều thông số điều chỉnh và độ chọn lọc, có thể đạt được phạm vi điều chỉnh khá rộng, độ tán xạ và độ ổn định tốt.
Phân loại laser sợi quang:
1. Laser sợi quang pha tạp đất hiếm
2. Các nguyên tố đất hiếm được pha trộn trong các sợi quang hoạt tính hiện đang tương đối hoàn thiện: erbium, neodymium, praseodymium, thulium và ytterbium.
3. Tóm tắt về laser tán xạ Raman kích thích bằng sợi quang: Laser sợi quang về cơ bản là một bộ chuyển đổi bước sóng, có thể chuyển đổi bước sóng bơm thành ánh sáng có bước sóng cụ thể và xuất ra dưới dạng laser. Về mặt vật lý, nguyên lý tạo ra sự khuếch đại ánh sáng là cung cấp cho vật liệu làm việc ánh sáng có bước sóng mà nó có thể hấp thụ, để vật liệu làm việc có thể hấp thụ năng lượng hiệu quả và được kích hoạt. Do đó, tùy thuộc vào vật liệu pha tạp, bước sóng hấp thụ tương ứng cũng khác nhau, và yêu cầu về bước sóng ánh sáng bơm cũng khác nhau.
2.3 Laser bán dẫn
Laser bán dẫn được kích thích thành công vào năm 1962 và đạt được công suất đầu ra liên tục ở nhiệt độ phòng vào năm 1970. Sau đó, nhờ những cải tiến, laser dị thể kép và điốt laser cấu trúc sọc (điốt laser) đã được phát triển, được sử dụng rộng rãi trong truyền thông cáp quang, đĩa quang, máy in laser, máy quét laser và bút laser. Hiện nay, chúng là loại laser được sản xuất nhiều nhất. Ưu điểm của điốt laser là: hiệu suất cao, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và giá thành thấp. Đặc biệt, hiệu suất của loại giếng lượng tử đa lớp đạt 20-40%, và loại PN cũng đạt 15%-25%. Tóm lại, hiệu suất năng lượng cao là đặc điểm nổi bật nhất của nó. Ngoài ra, bước sóng đầu ra liên tục của nó bao phủ phạm vi từ hồng ngoại đến ánh sáng nhìn thấy, và các sản phẩm có công suất xung quang học lên đến 50W (độ rộng xung 100ns) cũng đã được thương mại hóa. Đây là một ví dụ về loại laser rất dễ sử dụng làm lidar hoặc nguồn sáng kích thích. Theo lý thuyết dải năng lượng của chất rắn, các mức năng lượng của electron trong vật liệu bán dẫn tạo thành các dải năng lượng. Dải năng lượng cao là dải dẫn, dải năng lượng thấp là dải hóa trị, và hai dải này được ngăn cách bởi dải cấm. Khi các cặp electron-lỗ trống không cân bằng được đưa vào chất bán dẫn tái kết hợp, năng lượng giải phóng được phát xạ dưới dạng quang phát quang, đó là quang phát quang tái kết hợp của các hạt tải điện.
Ưu điểm của laser bán dẫn: kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, hoạt động ổn định, tiêu thụ điện năng thấp, hiệu suất cao, v.v.
2.4Laser YAG
Laser YAG, một loại laser, là một ma trận laser có các đặc tính toàn diện tuyệt vời (quang học, cơ học và nhiệt học). Giống như các loại laser rắn khác, các thành phần cơ bản của laser YAG bao gồm vật liệu làm việc của laser, nguồn bơm và khoang cộng hưởng. Tuy nhiên, do các loại ion kích hoạt khác nhau được pha tạp trong tinh thể, các nguồn bơm và phương pháp bơm khác nhau, cấu trúc khoang cộng hưởng được sử dụng khác nhau và các thiết bị cấu trúc chức năng khác được sử dụng, laser YAG có thể được chia thành nhiều loại. Ví dụ, theo dạng sóng đầu ra, nó có thể được chia thành laser YAG sóng liên tục, laser YAG tần số lặp lại và laser xung, v.v.; theo bước sóng hoạt động, nó có thể được chia thành laser YAG 1,06μm, laser YAG tần số gấp đôi, laser YAG dịch tần số Raman và laser YAG có thể điều chỉnh, v.v.; theo chất pha tạp, các loại laser khác nhau có thể được chia thành laser Nd:YAG, laser YAG được pha tạp với Ho, Tm, Er, v.v.; theo hình dạng của tinh thể, chúng được chia thành laser YAG hình que và hình tấm; Theo công suất đầu ra khác nhau, chúng có thể được chia thành công suất cao, công suất nhỏ và công suất trung bình. Ví dụ như laser YAG.
Máy cắt laser YAG rắn mở rộng, phản xạ và hội tụ chùm tia laser xung có bước sóng 1064nm, sau đó bức xạ và làm nóng bề mặt vật liệu. Nhiệt bề mặt khuếch tán vào bên trong thông qua dẫn nhiệt, và độ rộng, năng lượng, công suất đỉnh và tần số lặp lại của xung laser được điều khiển chính xác bằng kỹ thuật số. Tần số và các thông số khác có thể làm tan chảy, hóa hơi và bốc hơi vật liệu ngay lập tức, từ đó thực hiện cắt, hàn và khoan theo quỹ đạo đã định trước thông qua hệ thống CNC.
Đặc điểm: Máy này có chất lượng chùm tia tốt, hiệu suất cao, chi phí thấp, ổn định, an toàn, độ chính xác cao và độ tin cậy cao. Nó tích hợp các chức năng cắt, hàn, khoan và các chức năng khác vào một thiết bị, trở thành thiết bị gia công linh hoạt, chính xác và hiệu quả lý tưởng. Tốc độ gia công nhanh, hiệu suất cao, lợi ích kinh tế tốt, khe cắt thẳng nhỏ, bề mặt cắt nhẵn, tỷ lệ chiều sâu trên đường kính lớn và tỷ lệ chiều rộng trên chiều cao tối thiểu, biến dạng nhiệt, và có thể gia công trên nhiều loại vật liệu như cứng, giòn và mềm. Không có vấn đề mài mòn hoặc thay thế dụng cụ trong quá trình gia công, và không có thay đổi cơ khí. Dễ dàng tự động hóa. Nó có thể thực hiện gia công trong các điều kiện đặc biệt. Hiệu suất bơm cao, lên đến khoảng 20%. Khi hiệu suất tăng, tải nhiệt của môi trường laser giảm, do đó chùm tia được cải thiện đáng kể. Nó có tuổi thọ cao, độ tin cậy cao, kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ, phù hợp cho các ứng dụng thu nhỏ.
Ứng dụng: Thích hợp cho việc cắt, hàn và khoan laser các vật liệu kim loại: như thép carbon, thép không gỉ, thép hợp kim, nhôm và hợp kim, đồng và hợp kim, titan và hợp kim, hợp kim niken-molypden và các vật liệu khác. Được sử dụng rộng rãi trong hàng không, vũ trụ, vũ khí, đóng tàu, hóa dầu, y tế, thiết bị đo lường, vi điện tử, ô tô và các ngành công nghiệp khác. Không chỉ cải thiện chất lượng gia công mà còn nâng cao hiệu quả công việc; ngoài ra, laser YAG còn cung cấp phương pháp nghiên cứu chính xác và nhanh chóng cho nghiên cứu khoa học.
So với các loại laser khác:
1. Laser YAG có thể hoạt động ở cả chế độ xung và chế độ liên tục. Đầu ra xung của nó có thể tạo ra các xung ngắn và xung cực ngắn thông qua công nghệ chuyển mạch Q và khóa chế độ, do đó phạm vi xử lý của nó rộng hơn so với laser CO2.
2. Bước sóng đầu ra của nó là 1,06 µm, nhỏ hơn chính xác một bậc độ lớn so với bước sóng của laser CO2 là 10,06 µm, do đó nó có hiệu suất ghép nối cao với kim loại và hiệu năng gia công tốt.
3. Laser YAG có cấu trúc nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, dễ sử dụng, đáng tin cậy và yêu cầu bảo trì thấp.
4. Laser YAG có thể được ghép nối với sợi quang. Với sự hỗ trợ của hệ thống ghép kênh phân chia theo thời gian và công suất, một chùm tia laser có thể dễ dàng được truyền đến nhiều máy trạm hoặc máy trạm từ xa, giúp tăng tính linh hoạt trong xử lý laser. Do đó, khi lựa chọn laser, bạn phải xem xét nhiều thông số và nhu cầu thực tế của mình. Chỉ bằng cách này, laser mới có thể phát huy hiệu quả tối đa. Laser Nd:YAG xung do Xinte Optoelectronics cung cấp phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp và khoa học. Laser Nd:YAG xung đáng tin cậy và ổn định cung cấp công suất xung lên đến 1,5J ở bước sóng 1064nm với tần số lặp lại lên đến 100Hz.
Thời gian đăng bài: 17 tháng 5 năm 2024
