Application et introduction de fibre laser
Fibre Laser:
Fibre Laser se réfère à l’élément avec la fibre de verre dopé de terre rare comme le support de gain du laser, Fibre Laser peut être développé sur la base de l’amplificateur de fibre optique: dans la fibre optique sous l’action de la pompe sont une densité de puissance élevée, causant les substances de travail laser de niveau laser « inversion de population », selon le cas pour joindre la boucle de rétroaction positive (une cavité) peut former une sortie d’oscillation laser.
La gamme d’application laser de fibre est très large, y compris les communications de fibre optique, la communication de distance d’espace laser, l’industrie, la construction navale, la fabrication d’automobile, la gravure au laser, la coupe laser de marquage de laser, l’impression, le métal, le forage non métallique dans les rouleaux/découpage/soudage, le soudage de brasage, l’extinction d’eau, le revêtement, et la profondeur), la sécurité militaire de défense, l’équipement médical, la grande infrastructure, comme d’autres sources de pompe laser sont employées, et ainsi de suite.
Fibre laser se réfère au laser qui utilise la fibre de verre dopé avec des éléments de terres rares comme moyen de gain. Fibre laser peut être développé sur la base de l’amplificateur de fibre. Sous l’action de la lumière de pompe, il est facile d’augmenter la densité de puissance dans la fibre, résultant en « nversion de nombre de particule » du niveau d’énergie laser du matériau de travail laser. Lorsqu’une boucle de rétroaction positive (formant un résonateur) est correctement ajoutée, la sortie d’oscillation laser peut être formée.
Structure:
La génération du signal laser nécessite trois conditions de base : l’inversion du nombre de particules, la rétroaction optique et l’atteinte du seuil laser. Par conséquent, le laser est composé de trois parties: matériau de travail, source de pompe et résonateur. La structure de base du laser à fibres est la suivante. Le but du pompage de la lumière est de l’utiliser comme énergie externe pour inverser le nombre de particules dans le milieu de gain, qui est la source de la pompe. Le résonateur optique se compose de deux miroirs qui permettent aux photons d’être alimentés en arrière et amplifiés dans le milieu de travail. La lumière pompée est absorbée dans la fibre de gain, puis le nombre de particules de niveau d’énergie dans le milieu de gain est inversé. Lorsque le gain dans la cavité résonateur est plus élevé que la perte, l’oscillation laser sera formée entre les deux miroirs et la sortie du signal laser sera générée.
fonctionnalités:
(1) bonne qualité de faisceau.
La structure de guide d’onde de la fibre optique détermine que le laser de fibre est facile d’obtenir la sortie de mode transversale simple, et est moins affecté par des facteurs externes, qui peuvent réaliser la sortie laser de luminosité élevée.
(2) une grande efficacité.
Le laser optique de fibre peut réaliser l’efficacité élevée de la conversion de lumière-lumière en sélectionnant le laser de semi-conducteur dont la longueur d’onde d’émission est assortie aux caractéristiques d’absorption des éléments de terre rares dopés comme source de pompe. Pour les lasers à fibres à haute puissance dopés par l’ytterbium, les lasers semi-conducteurs 915 ou 975 nanomètres sont généralement sélectionnés. Avec une longue durée de vie de fluorescence, ils peuvent stocker l’énergie efficacement pour atteindre le fonctionnement de haute puissance. L’efficacité électro-optique globale du laser à fibres commerciales est jusqu’à 25 %, ce qui est propice à la réduction des coûts et à l’économie d’énergie et à la protection de l’environnement.
(3) de bonnes caractéristiques de dissipation de la chaleur.
Laser de fibre optique UTILISE la fibre d’élément de terre rare dopée longue et mince comme support de gain de laser, et sa surface et le rapport de volume sont très grands. Environ 1000 fois celui du laser à bloc solide, il a des avantages naturels dans la capacité de dissipation de la chaleur. Dans le cas de la puissance moyenne et faible, il n’est pas nécessaire de refroidir spécial de la fibre optique. Dans le cas de la puissance élevée, le refroidissement de l’eau est adopté pour dissiper la chaleur, qui peut également éviter efficacement la qualité du faisceau et le déclin de l’efficacité causée par l’effet thermique couramment vu dans les lasers à état solide.
(4) structure compacte et haute fiabilité.
Parce que le laser à fibres utilise la fibre petite et douce que le laser gagner moyen, il est avantageux de comprimer le volume et économiser le coût. Les sources de pompe sont également utilisées sont également de petit volume, facile à modulaire laser semi-conducteur, produit commercial peut généralement être sortie de fibre de queue, combiné avec la fibre optique Bragg grille, dispositifs packtized, tant que ces dispositifs sont soudage peut être réalisé tous emballés, immunisé à la capacité de perturbation de l’environnement est élevé, a la stabilité très élevée, et peut gagner du temps et le coût de l’entretien.
Classification:
Tout d’abord, selon le type de classification des matériaux de fibre
1. Laser en fibre de cristal. Le matériau de travail est la fibre de cristal laser, principalement rubis single crystal fibre laser et nd3+ : LASER DE fibre de cristal unique YAG.
2. Laser de fibre optique non ligneaire. Il y a principalement stimulé Raman diffuseur de fibre laser et stimulé brillant fibre laser de diffusion.
3. Laser de fibre dopé de terre rare. Le matériau de matrice de fibre optique est le verre, dopé dans les ions d’élément de fibre rare-terre pour activer, et fait de laser de fibre.
4. Laser en fibre plastique. Le laser à fibres est fabriqué en ajoutant du colorant laser dans le noyau ou le revêtement en fibre plastique.
Ii. Les médias de gain sont classés comme suit :
1. Laser en fibre de cristal. Le matériel de travail est la fibre de cristal laser, principalement rubis laser simple fibre de cristal et Nd3+:YAG laser simple fibre de cristal.
2. Laser de fibre optique non ligneaire. Il y a principalement stimulé Raman diffuseur de fibre laser et stimulé brillant fibre laser de diffusion.
3. Laser de fibre dopé de terre rare. La fibre est activée par le dopage des ions d’élément de terre rare dans la fibre (Nd3+, Er3+, Yb3+, Tm3+, etc., et la matrice peut être verre de quartz, verre de fluorure de zirconium, cristal simple) pour faire le laser de fibre.
4. Laser en fibre plastique. Le laser à fibres est fabriqué en ajoutant du colorant laser dans le noyau ou le revêtement en fibre plastique.
Trois, selon la classification de la structure de la cavité résonnante
Il est divisé en cavité f-p, cavité d’anneau, cavité résonateur de fibre de réflecteur d’anneau, « » cavité en forme de DBR, laser de fibre DBR, laser de fibre DFB et ainsi de suite.
Quatre, selon la classification de la structure de fibre
Il est divisé en laser de fibre de revêtement simple, laser de fibre de double revêtement, laser de fibre de cristal photonique et laser spécial de fibre.
Classification par caractéristiques laser de sortie
Divisé en fibre laser continue et laser de fibre d’impulsion, laser de fibre d’impulsion selon son principe de formation d’impulsion peut être divisé en laser de fibre modulé Q (largeur d’impulsion est ns magnitude) et laser de fibre de mode-verrouillé (largeur d’impulsion est ps ou fs magnitude).
Avantage:
En tant que représentant de la technologie laser de troisième génération, le laser à fibres présente les avantages suivants :
(1) faible coût de fabrication de la fibre de verre, technologie mature et avantages de la miniaturisation et de l’intensification apportés par les enroulements de fibres optiques;
(2) la fibre de verre n’a pas besoin de la même correspondance de phase stricte que le cristal pour la lumière de pompe incidente, qui est due à la large bande d’absorption causée par l’élargissement non uniforme causé par le fractionnement Stark de la matrice de verre;
(3) le matériau en verre a un rapport de surface volumétrique extrêmement faible, une dissipation rapide de la chaleur et une faible perte, de sorte que l’efficacité de conversion est élevée et le seuil laser est faible;
(4) longueurs d’onde laser à sortie multiple : c’est parce que les niveaux d’énergie des ions des terres rares sont très riches et que les types d’ions de terres rares sont nombreux;
(5) thonilité : en raison du large niveau d’ions de terres rares et du large spectre de fluorescence de la fibre de verre.
(6) puisqu’il n’y a pas de lentille optique dans la cavité résonnante du laser à fibres, il a les avantages de l’ajustement libre, de l’entretien libre et de la haute stabilité, ce qui est incomparable au laser traditionnel.
(7) l’exportation de fibre optique permet au laser d’être facilement qualifié pour diverses applications de traitement multidimensionnel dans l’espace arbitraire, ce qui rend la conception du système mécanique très simple.
(8) capable d’un environnement de travail rigoureux, avec une grande tolérance pour la poussière, le choc, l’impact, l’humidité et la température.
(9) n’ont pas besoin de réfrigération thermoélectrique et de refroidissement de l’eau, seulement un simple refroidissement de l’air.
(10) une efficacité électro-optique élevée : l’efficacité électro-optique complète peut atteindre plus de 20 %, ce qui peut grandement permettre d’économiser l’énergie pendant les travaux et le coût d’exploitation.
(11) la haute puissance, laser à fibres commerciales est de 6 kw.
Application:
1. Application de marquage
Laser à fibre d’impulsion avec une bonne qualité de faisceau, la fiabilité, et le plus long temps d’entretien libre, avec l’efficacité de conversion électro-optique la plus élevée, la fréquence de répétition d’impulsion, le plus petit volume, n’ont pas besoin d’arroser le moyen d’utilisation le plus simple et le plus flexible, le coût de fonctionnement le plus bas le rend dans la haute vitesse, gravure laser de haute précision le seul choix.
Un système de marquage laser à fibre optique peut se composer d’un ou deux lasers à fibre optique d’une puissance de 25 watts, d’une ou deux têtes de balayage utilisées pour diriger la lumière vers la pièce, et d’un ordinateur industriel qui contrôle la tête de balayage. Cette conception est plus de quatre fois plus efficace que l’utilisation d’un faisceau laser de 50W divisé entre deux têtes de balayage. La portée maximale de marquage du système est de 175mm*295mm, la taille de tache est de 35um, et la précision de positionnement absolue dans la gamme complète de marquage est +/-100um. Le point de focalisation à une distance de travail de 100um peut être aussi petit que 15um.
2. Application du traitement des matériaux
Le traitement matériel du laser de fibre est basé sur le processus de traitement de chaleur où le matériel absorbe l’énergie de laser. L’énergie lumineuse laser d’environ 1 um est facilement absorbée par les matériaux métalliques, plastiques et céramiques.
3. Application de flexion des matériaux
Le moulage ou la flexion au laser en fibre est une technique utilisée pour modifier la courbure d’une plaque métallique ou de la céramique dure. Le chauffage centralisé et l’auto-refroidissement rapide conduisent à une déformation malléable dans la région chauffée au laser, ce qui modifie de façon permanente la courbure de la pièce de travail cible. Il a été constaté que le microstisant laser est beaucoup plus précis que d’autres méthodes, et c’est une méthode idéale pour la fabrication de microélectronique.
4. Application de la coupe au laser
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