Modalità di funzionamento del laser

I laser possono emettere un fascio di luce continua: questa modalità è indicata come onda continua (CW) ed è la modalità di funzionamento laser più comune. I laser possono essere utilizzati anche in modalità pulsata. I laser pulsati sono caratterizzati da impulsi al secondo (frequenza di ripetizione), l'energia totale dell'impulso laser (energia dell'impulso), la massima potenza raggiunta dall'impulso (potenza di picco) e la lunghezza di ciascun impulso (durata dell'impulso).

Come i laser CW, anche i laser impulsati sono classificati in base alla potenza media. I laser pulsati, anche quando la loro potenza media corrisponde a quella di un laser CW, agiscono sui materiali in modo diverso. I laser pulsati vengono spesso utilizzati per lavorazioni a basso impatto termico o quando è necessaria una maggiore potenza di picco. I laser a onda quasi continua (QCW) a impulsi lunghi utilizzano impulsi misurati in millisecondi con elevate potenze di picco per emulare l'effetto del laser CW con meno input di calore e con un laser di potenza inferiore. I laser a nanosecondi e ultraveloci (picosecondi/femtosecondi) sfruttano impulsi estremamente brevi per microlavorazioni in cui un eccessivo apporto di calore non è accettabile o quando sono richieste potenze di picco estremamente elevate.

In generale, i laser CW offrono le potenze medie più elevate e, di conseguenza, le velocità di lavorazione più elevate. Ci sono molte considerazioni da fare quando si decide tra un laser CW e un laser pulsato, ma bilanciare la produttività con la qualità dei pezzi è spesso la più importante. Molte applicazioni, come il taglio della lamiera, beneficiano di un laser CW ad alta potenza per velocità di taglio elevate e non hanno bisogno di una qualità impeccabile dei bordi. Quando si tagliano elettrodi di batterie ultrasottili tuttavia, vengono in genere utilizzati laser pulsati a nanosecondi e ultraveloci per garantire un'eccellente qualità dei bordi e ridurre o eliminare gli effetti negativi del calore.

A sinistra: un profilo di fascio multimodale con una dimensione dello spot maggiore. A destra: un profilo monomodale con una dimensione dello spot più piccola.

Dimensione dello spot laser e qualità del fascio

Quando un raggio laser entra in contatto con il materiale target, forma un'area denominata spot. La dimensione dello spot, tipicamente misurata in μm, è un fattore critico nel determinare il modo in cui un laser interagisce con il suo bersaglio. La dimensione dello spot può essere controllata in vari modi, tra cui l'utilizzo di diverse fibre ottiche e lenti di messa a fuoco, la modifica della distanza focale e l'utilizzo di lunghezze d'onda più lunghe o più corte.

La riduzione della dimensione dello spot rende più efficiente l'uso della potenza di un laser concentrando l'energia in un'area più piccola. Una maggiore densità di energia è utile per aumentare la velocità di lavorazione. Le piccole dimensioni degli spot sono essenziali anche per diverse microlavorazioni fini. Per molte applicazioni come la saldatura strutturale, tuttavia, l'aumento delle dimensioni dello spot risulta ottimale.

La qualità del fascio, tipicamente misurata in M² per i laser monomodali (dimensione tipica dello spot: da 20 a 50 µm) e Beam Parameter Product (BPP) per i laser multimodali (dimensione tipica dello spot: 100+ µm), è un parametro laser importante e complesso che, in pratica, rappresenta quanto un raggio laser può essere focalizzato. Un valore più basso di M² e BPP corrispondono a qualità del fascio più elevate. Una qualità del fascio di M² = 1 significa che il fascio non presenta alcuna divergenza ed è considerato perfetto. Anche se questo non è del tutto realizzabile con i dispositivi attuali, i laser a fibra industriali possono raggiungere in modo affidabile qualità di fascio di M² =< 1.1. For applications that require strongly focused beams like cutting, drilling, and welding, higher beam qualities improve processing speeds and qualities. Some applications, like wide area laser heat treatment and cleaning, do not require particularly high beam qualities, instead benefitting from less focused laser energy.

La nostra esclusiva piattaforma tecnologica consente ai laser IPG di avere potenze di uscita più elevate e una qualità del fascio superiore a un costo inferiore che può essere ottenuto da qualsiasi altra tecnologia laser concorrente. I nostri design proprietari si basano su tecniche di pompaggio innovative e componenti ad alte prestazioni perfezionati da IPG in decenni di investimenti e innovazioni. I capisaldi della tecnologia laser a fibra IPG sono la tecnica di pompaggio laterale del cladding e l'architettura di pompaggio a diodi a singolo emettitore distribuito.

Tecnologia di pompaggio a diodi

La migliore tecnologia dei diodi di pompaggio sfrutta la nostra vasta esperienza nel settore delle telecomunicazioni e gli investimenti tecnologici. I nostri diodi a emettitore singolo sono prodotti utilizzando tecnologie e processi collaudati nel settore delle telecomunicazioni e ogni wafer è qualificato secondo rigorosi standard, il che distingue IPG dai prodotti alternativi che utilizzano barre di diodi di breve durata e tecnologie bar-stack. Di conseguenza, i diodi a emettitore singolo IPG offrono una brillanza di pompaggio superiore di un ordine di grandezza e fino al doppio dell'efficienza energetica del pompaggio a barre. I diodi a emettitore singolo sono in grado di utilizzare un semplice raffreddamento ad acqua o addirittura ad aria forzata, al contrario delle barre che richiedono costosi, inaffidabili e complessi raffreddatori a microcanali che utilizzano acqua deionizzata ad alta pressione.

Per saperne di più

Tecnologia di pompaggio laterale

L'uscita dei diodi a emettitore singolo IPG viene raccolta in fibre con diametri del nucleo fino a 100 micron. Utilizzando la tecnica di pompaggio laterale sviluppata dal Dr. Valentin Gapontsev e dal Dr. Igor Samartsev, la luce di molti diodi di pompa viene accoppiata in modo efficiente nel rivestimento di una fibra attiva. La luce di pompaggio subisce riflessioni multiple all'interno del cladding mentre attraversa il nucleo monomodale, dove viene assorbita dagli ioni di terre rare che la riemettono con un'altra lunghezza d'onda. Questo meccanismo converte la luce dei diodi in luce laser con un'efficienza eccezionale.