Устройство оптоволоконного лазера
Оптоволоконные лазеры – это разновидность твердотельных лазеров. Устройства похожи, однако между ними прослеживается комплекс отличий. В частности, в оптоволоконных лазерах не используется сложная система зеркал. Вместо нее применяется тончайшее оптоволокно. Это повышает общее КПД, позволяет передавать излучение практически на любые расстояния. При этом наблюдается минимальная потеря мощности. Луч образуется с малым углом расхождения.Выбор в пользу оптическихволокон сделан не случайно. Это материал усиливающей среды, резонатор. Примечательно, что сами оптоволоконные лазеры могут сильно отличаться между собой. Выделяют цельноволоконные устройства и волоконно-дискретные. В первом случае из оптических волокон состоит как сама активная среда, так и резонатор. Во втором случае ситуация меняется. Здесь волоконным является только резонатор, а также иные составляющие.
Конструкция оборудования также может значительно отличаться. Все зависит от специфики его использования. Например, может применяться кольцевой резонатор. В качестве альтернативы в оборудование устанавливают резонатор, созданный в виде системыФабри-Перо.
Оптоволокно часто играет роль активной среды. Оно допировано ионами редкоземельныхэлементов. В список входят:
• тулий;
• неодим;
• празеодим;
• эрбий;
• иттербий
Список не является исчерпывающим. Допустимо применение и других элементов. Примечательно, что количество диодов, применяемых для накачки лазера, может значительно отличаться. Может использоваться как один, так и несколько диодов. Накачка происходит во внутреннююоболочку или сердцевину волокна. Все зависит от мощности устройства.
Как уже говорилось ранее, оптоволоконные лазеры используют в большом количестве сфер. Это стало возможно благодаря возможности настройки импульса под требуемую задачу. Особенность, присущая лазеру, повышает универсальность устройства.
Мощность оборудования может значительно отличаться. Она варьируется в пределах от 1 Вт до 30 кВт. Длина оптического волокна также сильно разниться. Она составляет до 20 м.
Сферы применения оптоволоконного лазера
Главное преимущество оптоволоконного лазера – его универсальность. Эта особенность позволяет использовать инструмент на самых разных производствах. Устройство обладает высокой точностью. Оно способно без затруднений высекать даже сложные углы. Лазер легко режет твердые горные породы, пластик, стекло, натуральные и искусственные камни. В результате компании, работающие в сфере промышленности, активно закупают такое оборудование.В качестве основной сферы применения оптоволоконного лазера можно назвать работу с металлами. Устройство способно обрабатывать исходный материал разной толщины и плотности. В результате такое оборудование сталишироко использовать промышленные производители, работающие в следующих сферах:
• производство металлических конструкций любого назначения;
• автомобилестроение, судостроение;
• создание вагонов, контейнеров;
• изготовление ракет;
• компании военно-промышленного комплекса.
Дополнительно устройство востребовано среди ювелиров. Оно позволяет проводить грамотную обработку даже твердых камней.
Основные компоненты оптоволоконных лазеров
Лазер имеет составнуюконструкцию. В качестве основных элементов устройства можно назвать:• модуль накачки;
• резонатор;
• световод.
Элементы лазера включают в себя другие компоненты. Так, модуль накачки состоит из широкополостных светодиодов, лазерных или полупроводниковых диодов. Их вид зависит от того, на сколько мощный лазер. Так, если он отличается очень высокой мощностью излучения, применяются полупроводниковые диоды. Они просты в обслуживании и не нуждаются в дополнительных расходниках.
Оптоволоконные лазеры превосходят оптические газовые лазеры по удобству использования. Преимущество устройства состоит в том, что в нем нет крупногабаритных резонаторов. В результате удается значительно уменьшить размер оборудования.
В оптоволоконных лазерах резонатор реализован в самом волокне. Чтобы устройство работало корректно, необходимо соблюдение ряда правил. В первую очередь должны быть использованы диэлектрические зеркала. Их устанавливают на торцах оптоволокна. Дополнительно применяют волоконные брэгговские решетки. С их помощью удается сформировать структуру с модулированным показателем преломления.
В рассматриваемом типе лазеров обычно используют иттербиевое или эрбиевое волокно. Его разновидность влияет на характеристики устройства. Так, если использовано иттербиевое волокно, лазер будет отличаться повышенной мощностью. При это он имеет меньший диапазон рабочих волн.
Настроить и запустить оборудование не составляет труда. У специалистов процесс не отнимет много времени. Изначально происходит включение диодов. Затем выполняется накачка волокна. Когда процесс завершен, устройство готово к работе. Продуцируемый устройством лазерный луч выходит из кабеля. Затем он попадает на фокусирующую линзу лазерной головки. Ее направляют на материал, который необходимо подвергнуть обработке.
Примечательно, что лазерное оборудование может быть только составной частью системы. Нередко устройством комплектуются автоматизированные обрабатывающие станки. Их активно используют на производстве разного вида. Работа устройств синхронизируется. В результате допустимо их совместное применение.
Принцип работы оптоволоконного лазера
В рассматриваемой системе реализован принциппреобразования светового излучения в лазерное. Он считается одним из наиболее совершенных на сегодняшний день. В случае его применения наблюдается низкий процент потериэнергии. Он составляет всего 10-20% от общего количества. Дополнительно удается избежать искажения волнового фона в процессе работы с лазерным лучом и сохранить высокую мощность на протяжении всего маршрута.Чтобы понять, как работает лазер, нужно еще раз вспомнить, из чего он состоит. Основными частями устройства считаются оптический кабель и полупроводниковые диоды. Иногда вместо них используют лампы накачки. Внутри кабеля расположено светопроводящее волокно. Оно имеет особую сердцевину, которую изготавливают из кварца. Он легируется ионами редкоземельных элементов. Чаще всего используется иттербий.
На концах стержня создают особую решетку. Внешне она похожа на штрихи, которые нанесены специальным образом. При этом отражательная способность участков с насечками меняется. В результате они выполняют целый комплекс функций:
• играют роль резонаторов;
• отражают свет;
• поддерживают длину волны.
Это позволяет сохранить монохромность луча, а также свойства, которые могут быть крайне важны.
Активация устройства происходит в момент запуска. В первую очередь включаются диодные лампы. Они начинают подпитывать световод энергией. Параллельно происходит накачка волокна на всей его протяженности. Затем в рабочее состояниеприходит сердцевина. В результате активируется иттербиевое покрытие. Оно генерирует ионы.
Не менее важна брэгговская решетка. Она заменяет отражающие зеркала. Именно благодаря ей образуется эффект, при котором часть потока света находится внутри волокна на постоянной основе. Это приводит к образованию новых атомов. Другая часть света выходит наружу. Она представляет собой мощный лазерный луч. Он отличается стабильностью на всем протяжении.
Часть кабеля, из которого выходит луч, соединена с подвижной режущей головой. Эта конструктивная особенность обеспечивает возможность перемещать световой поток. В результате установка может резать материал по заданной траектории. Процесс контролирует компьютер, если используется станок с ЧПУ.
Устройство оснащено фокусирующей линзой. Получив соответствующий сигнал, она сводит луч в световую точкутребуемого размера. Затем его направляют в зону обработки
Отличия оптоволоконного лазера от CO2
Оптоволоконные установки часто сравнивают с лазерами CO2. Устройства кажутся похожими, однако, при детальном рассмотрении, удается выявить ряд серьезных отличий. Например, присутствует разница в конструкции оборудования. Основным элементом оптоволоконного лазера становится оптическое волокно. Оно обеспечивает создание мощного лазерного луча. Если проводить сравнение с лазерами CO2, то в них такую функцию выполняет смесь газов. Причем основным из них считается углекислый. Именно поэтому лазер получил такое название. Основная разница состоит в следующем:• оборудование на газовой основе бесполезно при работе с металлами, а оптоволоконные устройства лучше не использовать при выполнении операций с неметаллами;
• оптоволоконный лазер проще использовать;
• для начала работы с волоконным лазером не требуется длительная подготовка;
• КПД волоконного лазера почти в 2 раза выше, чем газового.
Рассматриваемое оборудование использует разную длину волны. Для газового она составляет 10,6 кмк, а для оптоволоконного лазера – 1,06 кмк. Малая длина волны повышает точность устройства. Это дает возможность не повреждать материал, который расположен рядом с зоной обработки, а также не нагревать близлежащую поверхность. Дополнительно повышается скорость работы с металлами и камнем. После обработки остается идеально гладкая поверхность.
Главные преимущества оптоволоконного лазера
Волоконные устройства называют лазерами нового поколения. Они отлично подходят для обработки стекла, металла, пластика. Оборудование используют для промышленных целей, применяют для нанесения гравировок, маркировок, ювелирной обработки. Главные преимущества устройства состоят в следующем:• диаметр луча, используемого для выполнения резки, минимален;
• кабель гибкий и длинный, что позволяет установить лазер практически на любое производственное оборудование;
• устройство относительно небольшое, что делает процесс его перевозки простым;
• оборудование справляется даже со сложной обработкой, может работать с материалами разных форм;
• лазер можно использовать в целом комплексе производственных областей;
• уровень шума в процессе работы минимален;
• настройка лазера не займет много времени;
• использование лазера не требует специального образования - достаточно изучить источникиинформации и руководство по пользованию, найти ответы на вопросы;
• внедрение лазера в производство отрывает хорошиевозможности для бизнеса, создает больше способов получения дохода.
Перспективы развития технологии оптоволоконного лазера
Сегодня наблюдается повышенный спрос на оптоволоконные лазеры для выполнения рабочих и производственных задач. Особенно такое оборудование востребовано в автомобильной промышленности. Изготовители транспортных средств по достоинству оценили эффективность лазеров и применяют их в случае возникновения необходимости в проведении следующих операций:• маркировки колес;
• сварки дизельных форсунок по установленной схеме;
• обработки основных и дополнительных металлических деталей
Сегодня прослеживается тенденция по замене старых диодных лазеров на новые оптоволоконные.
Таким образом, оптоволоконные лазеры становятся универсальным инструментом на производстве. Они обеспечивают грамотную обработку деталей, позволяют выполнять ряд других полезных операций. По характеристикам и свойствам оборудование превосходит аналоги. Однако нужно подбирать лазер в зависимости от используемого материала. Оптоволоконные устройства подходят для обработки металла, камней, пластика. Если проводится работа с неметаллами, не вошедшими в вышеуказанный список, лучше выбрать оборудование другого типа.
