تجزیه و تحلیل صنعت لیزر - دانش

اصل لیزر

لیزر از یک منبع پمپ، یک محیط افزایش با سطح انرژی متقابل و یک تشدید کننده تشکیل شده است. با در نظر گرفتن لیزر فیبر پمپ نیمه هادی به عنوان مثال، فرآیند خاص تولید لیزر را می توان به پنج مرحله زیر به تفصیل تقسیم کرد:

در مرحله اول، نور پمپ معرفی می شود و لیزر نیمه هادی به عنوان منبع پمپ لیزر، نور پمپ را با پهنای خط مشخصی ساطع می کند و پس از عبور از کمباین پرتو وارد فیبر می شود.
در مرحله دوم، محیط بهره انرژی می‌گیرد و فیبر بهره نور پمپ با طول موج خاصی را جذب می‌کند که باعث می‌شود انتقال سطح انرژی ذره به حالت فراپایدار برسد.
در مرحله سوم، فوتون ها با گسیل خود به خودی تشکیل می شوند و ذرات حالت فراپایدار به طور خود به خود به سمت پایین انتقال می یابند تا انرژی آزاد کنند و فوتون هایی با جهت ها و فازهای مختلف تولید می کنند.
مرحله چهارم تحقق تقویت نوری توسط تشعشعات تحریک شده است. فوتون‌هایی که در امتداد محور حرکت می‌کنند می‌توانند بین آینه‌ها (شبکه‌ها) به عقب و جلو حرکت کنند (فوتون‌هایی که در امتداد محور قرار نمی‌گیرند به سرعت فرار می‌کنند)، و فوتون‌ها می‌توانند فوتون‌های همگن را هنگامی که در محیط بهره با ذرات با انرژی بالا-(دروپایدار) مواجه می‌شوند، تولید کنند تا به اثر تقویت نوری دست یابند.
مرحله پنجم، خروجی لیزر، پس از رسیدن به الزامات خاص برای دستیابی به فرم پیوسته یا پالس خروجی لیزر.

طبقه بندی لیزری

چهار طبقه بندی رایج لیزرها وجود دارد: بهره متوسط، توان خروجی، حالت عملکرد و عرض پالس.

با توجه به محیط بهره: محیط بهره لیزر شامل گاز، مایع و جامد است. محیط بهره خاص طول موج لیزر، توان خروجی و میدان کاربرد را تعیین می کند. لیزر گاز CO2 نماینده گاز، لیزر یاقوت، لیزر نیمه هادی، لیزر فیبر و لیزر YAG در جامد هستند.

با توجه به توان خروجی: می توان آن را به توان کوچک (0-100w)، توان متوسط (100-1kw) و قدرت بالا (بالای 1 کیلووات) تقسیم کرد. اما گاهی اوقات به عنوان توان متوسط در محدوده 100-1.5kw تعریف می شود. توان لیزر مختلف با سناریوهای کاربردی مختلف سازگار است.

با توجه به حالت کار: می توان آن را به لیزر پیوسته و لیزر پالس تقسیم کرد. لیزر CW می تواند به طور مداوم برای مدت زمان طولانی، با عملکرد پایدار و اثر حرارتی بالا خروجی دهد. لیزر پالسی به شکل یک پالس خروجی دارد که با قدرت پیک بالا و اثر حرارتی کوچک مشخص می شود.

برای مقایسه سر-به-دو حالت عملیاتی، به بخش مراجعه کنیدتفاوت لیزر CW در مقابل QCW.

با توجه به طول زمان پالس، لیزر پالس را می توان به میلی ثانیه، میکروثانیه، نانوثانیه، پیکوثانیه و فمتوثانیه تقسیم کرد. به طور کلی، هر چه زمان پالس کوتاه‌تر باشد، انرژی تک پالس بالاتر، عرض پالس باریک‌تر و دقت پردازش بالاتر می‌رود.

بین پالس و عملکرد مداوم، ترکیبی قرار دارد که ارزش دانستن دارد: ماQCW شبه{0}}راهنمای لیزر پیوسته.

با توجه به طول موج خروجی: می توان آن را به لیزر مادون قرمز، لیزر مرئی، لیزر UV و غیره تقسیم کرد. ساختارهای مختلف مواد می توانند محدوده طول موج متفاوتی را جذب کنند، به عنوان مثال، فلز جذب مادون قرمز نزدیک- بالاتری دارد.

لیزر فیبر مزایای برجسته ای در پردازش مواد دارد

لیزر فیبر توسعه روش های پردازش لیزر را در وسعت و عمق ترویج می کند. در زمینه سنتی، لیزر با قدرت{1} بالا نفوذ تجهیزات لیزری را در برش، جوشکاری، علامت گذاری و سایر پیوندهای تجهیزات پیشرفته مانند هوافضا، حمل و نقل و غیره ترویج می کند. نیمه هادی ها و زمینه های دیگر

از نظر فنی لیزر فیبر نسبت به سایر لیزرها برتری دارد. مزایای فنی لیزر فیبر برای پردازش عبارتند از: 1) کیفیت پرتو خوب، دسترسی آسان به قدرت بالا. 2) سطح بزرگ فیبر نوری، اتلاف حرارت خوب. 3) مسیر نوری کاملاً بسته است، با پایداری خوب، عمر طولانی، و تعمیر و نگهداری کمتر. 4) اندازه کوچک، انتقال انعطاف‌پذیر) در عرض{5} 700nm-2000nm که در زمینه پردازش مواد کاربرد بیشتری دارد.

از منظر هزینه، لیزر فیبر مزیت عملکرد هزینه بسیار بالایی- دارد. لیزر CO2 را به عنوان مقایسه در نظر بگیرید:

به دلیل کیفیت پرتو بالا و نرخ جذب بالای مواد، سرعت پردازش لیزر فیبر سریع‌تر است. با در نظر گرفتن برش صفحه نازک به عنوان مثال، سرعت برش لیزر فیبر می تواند 2-3 برابر لیزر CO2 با همان قدرت باشد.
نرخ تبدیل الکترو{0}نوری لیزر فیبر بیش از 30 درصد است و مصرف انرژی کم است. مسیر نوری لیزر CO2 به طور کامل به بازتابنده بستگی دارد. مسیر نوری به سرعت خراب می شود و اتلاف انرژی بیشتر است. نرخ تبدیل الکترو-نوری کمتر از 10% است.
ساختار لیزر فیبر ساده و پایدار است، مسیر نوری خارجی بدون تعمیر و نگهداری است، میانگین زمان بین خرابی ها بیش از 100000 ساعت است و اساساً هیچ مواد مصرفی وجود ندارد. ساختار سیستم لیزر CO2 پیچیده است، بازتابنده و تشدید کننده نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند، هزینه جایگزینی بلبرینگ توربین گران است و هزینه تعمیر و نگهداری بالا است.

با مقایسه پارامترهای عملکرد اصلی لیزر صنعتی کیلووات موجود در بازار، در مقایسه با سایر لیزرها، لیزر فیبر دارای مزایای کیفیت پرتو لیزر خروجی خوب، چگالی انرژی بالا، راندمان نوری بالا، استفاده آسان، طیف وسیعی از مواد قابل ماشین‌کاری، هزینه عملیات جامع کم و غیره است، بنابراین به طور گسترده در تراشکاری/نرم‌کشی، برش کاری، حفاری، جوشکاری ماشین، و غیره استفاده می‌شود. عملیات سطح، نمونه سازی سریع، و سایر زمینه های پردازش مواد و ارتباطات نوری، که به عنوان "لیزر نسل سوم" شناخته می شوند، چشم انداز کاربردی گسترده ای دارند.

لیزر در مرکز زنجیره صنعت لیزر قرار دارد و چین به بزرگترین و سریع‌ترین{0}}در حال رشد بازار لیزر در جهان تبدیل شده است. لیزر جزء نوری هسته تجهیزات لیزر ترمینال است که در موقعیت مرکزی کل زنجیره صنعتی قرار دارد. در عین حال، از نقطه نظر هزینه، هزینه لیزر حدود 30٪ - 50٪ از کل هزینه تجهیزات را تشکیل می دهد که با ارزش ترین جزء اصلی تجهیزات لیزر است.

با نگاهی به آینده، این بخش در حال ورود به چیزی است که بسیاری آن را می نامندعصر طلایی توسعه لیزر در سه دهه آینده.