Werkingsmodus laser
Lasers kunnen een continue lichtstraal uitzenden om een constante stroom van gemiddeld vermogen af te geven - deze modus wordt Continuous Wave (CW) genoemd en is de meest voorkomende werkingsmodus van lasers. Lasers kunnen ook worden gebruikt in een gepulseerde werkingsmodus. Gepulste lasers worden gekenmerkt door pulsen per seconde (herhalingssnelheid), de totale energie van de laserpuls (pulsenergie), het hoogste vermogen dat door de puls wordt bereikt (piekvermogen) en de lengte van elke puls (pulsduur).
Net als bij CW-lasers wordt de output van gepulseerde lasers in de loop van de tijd weergegeven als gemiddeld vermogen. Gepulseerde lasers hebben, zelfs als hun gemiddelde vermogen gelijk is aan dat van een CW laser, een verschillend effect op het doelmateriaal. Gepulseerde lasers worden vaak gebruikt om onderdelen te bewerken met een minimale thermische impact op het omringende materiaal of wanneer een hoger piekvermogen nodig is. Lange puls quasi-continue golf (QCW) lasers gebruiken pulsen gemeten in milliseconden met een hoog piekvermogen om CW laserbewerking na te bootsen met minder warmte-inbreng en met een laser met een lager vermogen. Nanoseconde- en ultrasnelle (picoseconde/femtoseconde-)lasers maken gebruik van extreem korte pulsen voor microverwerkingstoepassingen waarbij overmatige warmte-input niet acceptabel is of wanneer extreem hoge piekvermogens vereist zijn.
Over het algemeen bieden CW-lasers de hoogste gemiddelde vermogens en daardoor de hoogste verwerkingssnelheden. Er zijn veel overwegingen die gemaakt moeten worden bij de keuze tussen een CW laser en een gepulseerde laser, maar het afwegen van verwerkingssnelheid tegen productkwaliteit is vaak het belangrijkst. Veel toepassingen, zoals het snijden van plaatmetaal, hebben baat bij een CW-laser met hoog vermogen voor hogere snijsnelheden en hebben geen behoefte aan een onberispelijke randkwaliteit. Bij het snijden van stapels ultradunne folies worden echter meestal nanoseconde en ultrasnelle gepulseerde lasers gebruikt om een uitstekende randkwaliteit te garanderen en negatieve warmte-effecten te verminderen of te elimineren.
Links: een multimodaal stralingsprofiel met een grotere spotgrootte. Rechts: een enkelvoudig stralingsprofiel met een kleinere puntgrootte.
Laservlekgrootte en straalkwaliteit
Wanneer een laserstraal in contact komt met het doelmateriaal, vormt zich een gebied van laserlicht dat een spot wordt genoemd. De grootte van de spot, meestal gemeten in µm, is een kritieke factor bij het bepalen van de interactie tussen een laser en het doelwit. De grootte van de spot kan op verschillende manieren worden geregeld, waaronder het gebruik van verschillende afgifteslangen en focuslenzen, het veranderen van de afstand tussen de afgifteslang en het doel en het gebruik van langere of kortere golflengtes.
Het verkleinen van de spotgrootte maakt efficiënter gebruik van het vermogen van een laser door de energie van de straal in een kleiner gebied te concentreren. Een hogere energiedichtheid is handig om de verwerkingssnelheid te verhogen door de tijd te verkorten die een laserstraal nodig heeft om het materiaal te doorboren. Kleine spotgroottes zijn ook essentieel voor diverse microbewerkingstoepassingen en voor onderdelen die fijne kenmerken vereisen. Voor veel toepassingen, zoals constructielassen, is een grotere spotgrootte echter optimaal om een groter gebied te bewerken en de benodigde straalafstand te verkleinen.
Beam quality, typically measured in M2 for single-mode lasers (typical spot size: 20 to 50 µm) and Beam Parameter Product (BPP) for multi-mode lasers (typical spot size: 100+ µm), is an important and complex laser parameter that, in practice, represents how much a laser beam can be focused. Lower M2 and BPP values correspond with higher beam qualities. A beam quality of M2 = 1 means that the beam experiences no divergence and is considered perfect. Although this is not quite achievable with actual devices, industrial fiber lasers can reliably achieve beam qualities of 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.
