レーザー テクノロジー は,現代 の 工業 製造 に 極めて 重要 な 役割 を 果たし て い ます.金属 を 切る,溶接 する,マーク する に 優れている 精密 な "光線"が どの よう に 生み出さ れ ます か,気 に なっ て い ます か.ファイバーレーザーは伝統的な YAG と CO を徐々に置き換える2レーザーが新しい産業の好物になるのか?
ファイバーレーザーは,光ファイバーを増強媒材として利用する.従来のレーザーと比較して,コンパクトな構造,優れたビーム品質,高エネルギー変換効率これらの特性により,工業加工,医療美学,科学研究に広く適用されています.
ファイバーレーザーの核は稀有地でドーピングされた光ファイバー (通常はエルビウムやイテルビウムなどの元素) にありますポンプの光 (通常半導体レーザーによって提供される) がドーピングされた繊維を照射すると刺激された稀土イオンは,特定の波長の光子を自発的にまたは刺激的に放出します.繊維を通って伝播し,継続的に増幅される高性能レーザービームを形成します
光増幅プロセスは,従来のレーザーと同じ刺激放出原理に従っているが,ファイバーレーザーは,その獲得媒体は光ファイバー自体である点で異なる.線束 は 繊維 の 中 で 広がり 増強 する線束の形状と調整のための追加の光学部品の必要性をなくし,それによって安定した線束の品質を確保する.
- パンプの源:配合された繊維に稀土イオンを刺激するためにポンプ光を提供する.半導体レーザーは,稀土元素の吸収スペクトルにマッチした波長で一般的に使用されます.
- ドーピングされた繊維:増幅媒質として機能するコアコンポーネント ファイバータイプとドーピング濃度はレーザーの出力,波長,束の質に影響します
- レゾネータ穴:特定の波長を選択し,光の振動を放大するために光ファイバー内の鏡またはファイバーブラッググリッドから構成される.
- カップラー:光をドーピングされた繊維にポンプし レーザービームを出力します
- 制御システム:ポンプ源電源,出力モード,および正確なレーザー制御のための他のパラメータを管理します.
- 冷却システム:動作中に発生する熱を散布し,安定した性能を確保する.
- 出力量で:低電力 (<100W),中電力 (100W-1kW),高電力 (>1kW) のファイバーレーザー
- 操作モード:連続波 (CW) とパルスファイバーレーザー
- ドーピング要素によって:エルビウムドーピング,イテルビウムドーピング,チューリウムドーピングなど
- レゾネータ構造によって:リング空洞と線形空洞のファイバーレーザー
工業用レーザー加工で,YAGとCO2ファイバーレーザーの利点をよく理解するために 複数の次元で比較します
- YAGレーザー:YAG (イットリウムアルミニウム・ガーネット) の結晶を増強媒材として使用し,ランプまたは半導体レーザーポンプを必要とします.それらの複雑な構造は頻繁な保守と部品交換を必要とします.
- CO2レーザー:COを雇用する2ガス放出によってレーザーを生成する. 巨大なシステムには定期的なガス補給と光学部品の清掃が必要です.
- ファイバーレーザー:すべての光学部品がファイバー内に統合され,質と安定性を向上させるため,自由宇宙のビーム伝送を排除する.
| 性能メトリック | ファイバーレーザー | YAGレーザー | CO2レーザー |
|---|---|---|---|
| エネルギー変換効率 | 30%から50% | 1%~10% | 5%~15% |
| ビーム 品質 | ハイ | 中等 | 低い |
| 出力 | ハイ | 中等 | ハイ |
| 維持費 | 低い | ハイ | 中等 |
| サイズ | 小さいもの | 中等 | 大きい |
| 冷却方法 | 空気/水 | 水 | 水 |
| 適用可能な材料 | 金属,プラスチック | 金属 | 非金属 |
YAGレーザーは材料の互換性上の利点を示していますが,YAGレーザーは材料の互換性上の利点を示しています.低効率と高い保守が制限を及ぼしています. CO2レーザーは電力と材料の利点がありますが 大きさと質の悪いビームに苦しんでいます
ファイバーレーザーは,より高い初期投資にもかかわらず,重要な運用コストの利点を示しています.その高いエネルギー変換効率は,電気費を大幅に削減します.低保守要求がダウンタイムと労働コストを最小限に抑える一方で.
総所有コストを考えると 繊維レーザーは 長期的な高密度産業用用途では より経済的であることが証明されています
- 高エネルギー効率:30%~50%の変換率で 電力消費を劇的に削減できます
- 優れた光線品質:高精度なマイクロ処理のための正確な焦点付けを可能にします
- 低保守:統合された光学コンポーネントは サービス要件を最小限に抑える.
- コンパクトデザイン:空間が限られた機器への統合を容易にする
- 材料の多用性金属,プラスチック,陶器などを加工します
- 初期費用が高く小規模企業にとって障害となる可能性があります.
- 物質的な制限:COと比較してガラス/透明プラスチックに対して効果が低い2レーザー
- 安全要件:高性能モデルには 保護措置と操作者訓練が必要です
- 高速精密金属切削
- 熱の歪みが最小限である深深溶接
- 高コントラスト素材の永続的なマーク
- 磨き用でない表面清掃
- 耐磨性のある金属コーティング
- 永久的な脱毛
- 染色体処理
- 肌の若返り
- 材料スペクトロピーの分析
- LIDARによる距離/速度測定
- 量子光学実験
- 要求の高いアプリケーションでより高い出力
- ナノスケール加工のための超短パルス幅
- 幅広いスペクトル調節可能性
- 先進的な知的制御システム
- 統合光学によるさらに小型化
ファイバーレーザーは 卓越した効率,品質,信頼性を 提供する変革技術です持続的な高性能操作を必要とする産業用アプリケーションに 長期的に価値提案が説得力があることが証明されていますテクノロジーの進歩が続くにつれて 繊維レーザーは 精密製造,医療治療,最先端の研究アプリケーションに ますます優勢になるでしょう