Laser Fiber là gì? TOP 5 Sự thật bạn chưa bao giờ biết về laser Fiber

Trong thế giới kỹ thuật số hiện nay, chúng ta cần các quy trình sản xuất được thực hiện nhanh chóng nhưng hiệu quả và độ chính xác cao. Công nghệ laser fiber đã làm cho điều này trở nên khả thi đối với hầu hết các lĩnh vực bao gồm y tế, sản xuất phụ tùng, linh kiện, xây dựng, sản xuất thực phẩm, ô tô,… và nhiều những lĩnh vực khác.

Laser carbon dioxide (CO2) đã được sử dụng để cắt kim loại tấm từ những năm 1980. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, công nghệ laser sợi fiber đã xuất hiện gây ra sự thay đổi lớn trong thị trường gia công kim loại. Công nghệ này được coi là một cuộc cách mạng và mang tính đột phá vì nó đã ảnh hưởng tích cực đến hoạt động sản xuất kim loại sau này.

Công nghệ laser fiber đã phát triển theo cấp số nhân trong một thời gian ngắn để dễ dàng cắt, hàn, ăn mòn các tấm kim loại. Laser fiber đã đạt được những ngưỡng khác mà laser CO2 chưa bao giờ đạt được. Bạn sẽ thấy rằng chất lượng chùm tia của laser fiber tốt hơn nhiều so với một số loại laser khác, mức công suất hiện nay đã lên đến 20kW

Công nghệ laser fiber
So sánh các dòng laser

Laser fiber là loại laser sử dụng cấu trúc sợi quang làm môi trường hoạt động chính. Laser fiber được tạo ra từ các nguyên tố hiếm như erbium, thulium, ytterbium, holmium, praseodymium hoặc dysprosium. Loại nguyên tố đất hiếm được sử dụng chắc bạn không cần quan tâm nhiều, điều quan trọng nhất cần biết là các máy laser này sử dụng sợi quang học ở thành phần chính của nó.

Cấu trúc laser fiber
Cấu trúc laser fiber

TOP 5 Sự thật bạn chưa bao giờ biết về laser Fiber

1. Ưu điểm của laser fiber

  1. Laser fiber có lợi thế bởi vì cấu trúc không giống như các loại laser khác. Laser fiber tạo ra và phân phối ánh sáng laser thông qua một môi trường linh hoạt, cho phép dễ dàng phân phối đến mục tiêu và vị trí. Điều này chủ yếu có lợi cho việc khắc, hàn, cắt bằng laser.
  2. Laser fiber có công suất đầu ra cao so với các loại laser khác. Laser fiber có thể dẫn đi bằng sợi quang đền vài km. Tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích của chúng cao, cho phép làm mát hiệu quả. Các đặc tính của ống dẫn sóng của nó loại bỏ hoặc làm giảm sự thay đổi nhiệt của sợi quang học; tạo ra tia quang học hạn chế nhiễu xạ.
  3. Khi so sánh với laser khí trộn hoặc laser diode. Laser fiber nhỏ gọn hơn vì sợi dẫn bằng thủy tinh – cáp quang có thể được cuộn hoặc uốn cong để tiết kiệm không gian.
  4. Laser sợi quang đáng tin cậy và hiển thị độ rung cao và ổn định nhiệt độ và kéo dài tuổi thọ. Xung nano giây và công suất đỉnh cao của chúng giúp tăng cường khả năng khắc và đánh dấu. Chất lượng chùm tia được cải thiện và công suất bổ sung tạo ra tốc độ khắc – cắt nhanh hơn và các cạnh sạch hơn.
  5. Công nghệ laser sợi fiber được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau bao gồm xử lý vật liệu trong y học, viễn thông, công nghiệp.
  6. Bảo trì đơn giản. Không giống như laser điot, dòng này cần bảo trì sáu tháng một lần.
  7. Tiêu thụ năng lượng thấp. So với laser sử dụng khí trộn có cùng công suất, hiệu suất chuyển đổi công suất cao hơn nhiều, do đó tiết kiệm năng lượng hơn và thân thiện với môi trường bằng cách tiết kiệm năng lượng từ 50% ~ 70% .

2. Các dòng laser fiber.

Chúng ta có thể chia laser thành các loại sau thông qua các loại sợi quang:

  • Laser sợi fiber QCW
  • Đa chế độ
  • Chế độ đơn
  • Bơm sợi quang

Laser sợi fiber QCW

Đây là những loại laser sợi quang gần đây nhất. Chúng có công suất trung bình thấp hơn và công suất đỉnh cao, và được sản xuất với chi phí thấp hơn so với phiên bản sóng liên tục (CW) . Laser sợi quang QCW phù hợp nhất cho các ứng dụng công nghiệp khác nhau đòi hỏi công suất đỉnh và thời lượng xung cao, chẳng hạn như hàn đường nối, hàn điểm và khoan.

Chúng được thiết kế để đánh bật tia laser YAG vì chi phí trả trước và bảo trì thấp cần thiết. Chúng dễ dàng được trang bị thêm vào các hệ thống khác nhau, với các phiên bản đa chế độ và một chế độ có sẵn.

Đa chế độ fiber laser

Việc sản xuất laser fiber cấp kilowatt trở lên được thực hiện thông qua sự kết hợp của nhiều cấu trúc khác nhau ở chế độ đơn, song song và sau đó phóng chúng qua sợi quang chỉ số bước có đường kính lõi lớn hơn.

Khi đến thời điểm này, tia laser không còn ở chế độ đơn, nhưng chất lượng chùm tia tiếp theo có chất lượng tốt hơn so với các loại laser cấp kilowatt khác được sử dụng thương mại. Độ lệch của các sợi cấp kilowatt tiếp tục được cải thiện do sử dụng liên tục các mô-đun chế độ đơn công suất cao.

Chế độ đơn laser

Những tia laser này được tìm thấy trên thị trường có công suất lên tới 3000 Watts . Các thiết bị hoạt động liên tục, nhưng chúng có thể được điều chỉnh đến hơn 50 kHz . Chế độ được điều chỉnh cho phép các thiết bị đạt đỉnh bằng với công suất CW trung bình. Khí thải đi qua một sợi quang đơn mode có M2 dưới 1,1.

Cấu hình là một nhiệm vụ của sợi quang đơn mode, thay vì điểm hoạt động nhiệt, giống như nó xảy ra với laser trạng thái rắn truyền thống; laser sợi quang tạo ra cùng một biên dạng trong suốt phạm vi hoạt động. Việc điều chỉnh được thực hiện thông qua việc bật và tắt các điốt máy bơm, cho phép điều chỉnh thiết bị trong hoạt động đơn xung hoặc ở tần số cao.

Trái ngược với laser thể rắn truyền thống, laser single mode không cần thời gian khởi động và hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Các tia laser có cả đầu ra phân cực tuyến tính và phân cực ngẫu nhiên và về cơ bản có thể thực hiện từ 10-100% công suất mục tiêu mà không thay đổi độ phân kỳ hoặc đường kính điểm lấy nét cuối cùng.

Bơm sợi quang

Các thanh đi-ốt có thể áp dụng trong laser, về cơ bản, laser fiber Pumping này được sử dụng một cách thích hợp để hướng ánh sáng máy bơm tới lớp phủ đầu tiên của sợi qunang hoạt động. Công suất điốt cao tiếp tục được cải thiện về đặc tính chùm tia, tổng công suất và tuổi thọ, đạt 10.000 giờ hoạt động trở lên.

Tuy nhiên, giới hạn hoạt động xung, nhu cầu làm mát bằng nước và độ tin cậy khiến việc triển khai bị hạn chế.

Loại laser fiber Pumping này có nhiều ưu điểm, một trong số đó là nước không cần thiết để làm mát. Nó cũng có thể được triển khai đến môi trường hoạt động thông qua sợi quang mà không yêu cầu về sự liên kết hoặc quang học số lượng lớn.

Ngoài ra, điode phát dòng này tạo ra công suất đầu ra cao hơn và cải thiện đặc tính chùm tia và tuổi thọ cao hơn 200.000 giờ hoạt động , ở chế độ điều chế và CW.

Chúng tôi cũng có thể phân loại laser fiber theo chế độ phát sáng:

  • Laser sợi quang QCW
  • Laser fiber CW
  • Pulsed fiber laser ( Laser sợi quang xung)

Dưới đây là những giới thiệu ngắn gọn về CW fiber laser và Pulsed fiber laser

Laser fiber CW

Đây là loại laser tạo ra chùm tia laser liên tục trong khi quan sát sản lượng nhiệt được kiểm soát, như cường độ và thời lượng chùm tia. Laser CW chủ yếu tập trung vào sản lượng và công suất cao; do đó, bạn rất có thể sẽ tìm thấy chúng trong các cơ sở công nghiệp.

Các ngành công nghiệp chủ yếu sử dụng CW fiber laser là kim khí, điện tử và ô tô, ngành y tế và các ngành công nghiệp bán dẫn. Chúng hiệu quả nhất khi cắt laser, khoan laser và hàn laser.

Pulsed fiber laser ( Laser sợi quang xung)

Chúng đề cập đến các tia laser không thuộc phân loại sóng liên tục. Công suất quang học của chúng được minh họa trong các xung định thời với tốc độ lặp lại. Laser xung bao gồm nhiều công nghệ giải quyết các động cơ khác nhau. Một số trong số chúng bị xung do không thể hoạt động ở chế độ liên tục.

Trong các tình huống khác, ứng dụng cần tạo ra các xung có nhiều năng lượng nhất có thể. Vì năng lượng xung tương đương với công suất tiêu chuẩn trên tốc độ lặp lại, mục tiêu đạt được bằng cách giảm tốc độ xung để tạo thêm năng lượng giữa các xung.

Trong các trường hợp khác, công suất xung đỉnh được sử dụng thay vì năng lượng xung, đặc biệt khi thu được các hiệu ứng quang học phi tuyến.

Tuy nhiên, nếu chúng ta nhìn thấy từ chế độ ánh sáng, chúng ta cũng có thể phân loại laser sợi quang thành các loại sau.

  • Laser fiber đơn (Single-mode fiber laser)
  • Laser fiber đa chế độ (Single-mode fiber laser)
  • Laser fiber ít chế độ (Few-mode fiber laser)

Vì phần giải thích về laser single and multiple mode fiber laser đã được đưa ra ở trên, chúng tôi sẽ chỉ giải thích laser sợi quang few-mode fiber

Laser sợi quang QCW

Hệ thống ghép kênh phân chia chế độ (MDM) sử dụng các chế độ trực giao hạn chế trong một vài sợi chế độ (FMF). NSX sử dụng điều này như một cách độc lập để truyền thông tin nhằm nhân lên khả năng truyền tải của hệ thống.

Một số chế độ sợi quang áp dụng các chế độ khác nhau để chứng minh một mức độ tự do mới; hiệu quả quang phổ của hệ thống có thể được nâng cao thành công bằng FMF. Vì FMF chứa một vùng trường mode rất lớn nên nó có dung sai phi tuyến tốt hơn SMF.

Điều này không chỉ nâng cao khả năng của hệ thống truyền dẫn quang mà còn tránh được các hiệu ứng phi tuyến. Các hệ thống MDM dựa trên FMF có thể giúp giải quyết khủng hoảng băng thông cho các sợi đơn mode trong tương lai.

3. Laser fiber được sử dụng để làm gì?

Laser fiber được sử dụng trong xử lý vật liệu công nghiệp ở hầu hết các thị trường công suất thấp và cao, bao gồm cắt và hàn, đánh dấu, xử lý nhiệt và khoan. Các tia laser đơn  chế độ có thể đạt được mức độ lưu loát cao và tập trung vào các điểm có kích thước micromet.

Mức kilowatt của sợi laser đã đạt được tốc độ hàn và cắt cao hơn so với các công nghệ khác trong khi hoạt động trong các điều kiện tương tự. Kích thước nhỏ gọn, hoạt động một chế độ và lựa chọn bước sóng của laser fiber cung cấp nhiều ứng dụng khác nhau cho y tế.

Các ứng dụng dựa trên yêu cầu cần laser có bước sóng cụ thể.

Laser fiber được sử dụng trong nhiều ứng dụng phức tạp vì nhiều khả năng thay đổi bao gồm dải bước sóng, phát xạ phân cực và không phân cực. Các yếu tố khác là độ rộng đường truyền hẹp, hoạt động ở chế độ đơn, thời lượng xung ngắn, kích thước nhỏ gọn và không quan tâm đến điều kiện môi trường.

4. Laser fiber hoạt động như thế nào?

Như đã nêu trước đó, môi trường chính được sử dụng trong sợi laze được pha tạp chất với các nguyên tố đất hiếm, mà trong hầu hết các trường hợp, là Erbium. Lý do của việc này là tận dụng các mức năng lượng trong mức nguyên tử của các nguyên tố đất hiếm, cho phép sử dụng nguồn bơm laser điode cấp thấp mà vẫn tạo ra năng lượng đầu ra cao.

Ví dụ, khi sợi quang được pha tạp chất Erbium, một photon hấp thụ mức năng lượng có bước sóng 980nm sẽ phân rã thành siêu ổn định bằng 1550nm . Điều này có nghĩa là nguồn bơm laser 980nm có thể được sử dụng để đạt được chùm tia laser 1550 nm với năng lượng cao, chất lượng cao và công suất cao.

Các nguyên tử Erbium có chức năng như môi trường cho sợi pha tạp, và các photon phát ra nằm bên trong lõi sợi. Để tạo ra khoang hấp thụ photon, có một bổ sung của Fiber Bragg Grating. Về cơ bản, đây là phần thủy tinh có các đường sọc, nơi xảy ra sự thay đổi chiết suất.

Khi ánh sáng đi qua ranh giới giữa hai chiết suất, nó sẽ khúc xạ lại một lượng nhỏ ánh sáng. Về cơ bản, Bragg Grating cho phép laser sợi quang hoạt động giống như một tấm gương.

5. Laser fiber tuổi thọ và tồn tại trong bao lâu?

Laser fiber có tuổi thọ cao hơn các giải pháp laser khác. Mô-đun đi-ốt được tìm thấy trong laser sợi quang hoạt động lâu hơn ba lần so với các công nghệ laser khác. Các máy phát bằng laser fiber đã chứng minh tuổi thọ dự kiến ​​hơn 100.000 giờ.

Tại sao nguồn laser fiber lại hữu ích như vậy?

Nguồn laser fiber rất phổ biến và hữu ích. Công ty cung cấp nhiều nguồn laser với năng lượng khác nhau với chất lượng và độ ổn định tuyệt vời như Raycus Laser, Maxphotonics, IPG. Đặt biệt còn có một số mẫu laser JPT Mopa cao cấp với mức giá vừa phải cho hầu hết người sử dụng

mẫu máy khắc laser fiber kim loại mini giá rẻ
Máy khắc laser kim loại mini

Đối với JPT laser sử dụng bộ khuếch đại công suất dao động chính (MOPA)máy khắc laser fiber đánh dấu hiệu quả và đáng tin cậy. So với máy khắc laser thông thường, máy khắc laser kim loại sử dụng JPT MOPA có tính năng điều chỉnh độ rộng xung và dải tần số lớn hơn.

Vì dải tần số rộng của nó với sự kết hợp của nhiều thông số khác nhau, có nhiều loại hiệu ứng có thể được thực hiện và nhiều vật liệu có thể áp dụng được.

Nếu bạn cần một tia laser mạnh, hãy chọn các thông số laser có độ rộng xung dài và tần số thấp. Nếu không, người ta thường chọn các tham số độ rộng xung ngắn và tần số cao của laser như làm đen nhôm anodize.

Để biết thêm thông tin về giá nguồn laser fiber, và một số dòng máy khắc laser mới chào mừng bạn truy cập trang web xem video laser trên youtobe

 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *