IPG Photonics Corporation
  • Ev
  • Fiber Lazerler 101
Lazer ışığı, eğlence, bilimsel çalışmalar ve cerrahiden gelişmiş ve ağır hizmet tipi endüstriyel üretime kadar farklı sektörlerde kullanılabilir.

Fiber Lazerler 101

Lazer nedir?

"Lazer", Uyarılmış Radyasyon Emisyonu ile Işık Amplifikasyonunun kısaltmasıdır. Daha basit bir ifadeyle, bir lazer enerjiyi ışığa dönüştürür ve daha sonra bu ışığı yüksek enerjili bir ışına odaklamadan önce optikler aracılığıyla güçlendirilir. Lazer ışığının normal ışıktan farkı, kolime edilebilmesi veya dağılmaya daha az eğilimli hale getirilebilmesi ve ardından enerji yoğunluğunu büyük ölçüde artırmak için odaklanabilmesidir. Birçok lazer türü vardır ve lazer ışığının kullanım alanları arasında eğlence, bilimsel çalışmalar ve cerrahiden gelişmiş ve ağır hizmet tipi endüstriyel üretime kadar uzanan bir yelpaze yer alır.

Tüm lazerler temel bir dizi bileşeni paylaşır. Lazer, ışığın gücünü yükseltmek için kullanılan bir kazanç ortamı ile başlar - lazer kazanç ortamları arasında gazlar, boyalar, diyotlar, kristaller ve optik fiberler bulunur. Daha sonra kazanç ortamını pompalamak için elektrik akımı ya da ışık kaynağı gibi bir enerji kaynağı kullanılır. Gerekli enerji üretildikten sonra kısmi ve toplam reflektörler olarak bilinen yansıtıcı malzemeler lazer çıkışını kontrol eder ve daha sonra eldeki uygulama için gerektiği gibi ayarlanır ve odaklanır.

Lazer Parametreleri

 

Lazer Dalga Boyu Tablosu

 

Lazer Dalga Boyu

Nanometre (nm) veya mikron (µm) cinsinden ölçülen bir lazerin dalga boyu, ışık dalgasının ardışık tepeleri arasındaki mesafedir. Lazer dalga boyları tipik olarak derin ultraviyole ile orta kızılötesi (IR) arasında değişir ve ~400 ila ~700 nm aralığında insan gözü tarafından görülebilir.  

Dalga boyu birçok uygulama için kritik bir husustur, çünkü malzemeler genellikle ışık enerjisini emme biçimleri bakımından önemli ölçüde farklılık gösterir. Malzemeler bir lazer ışınının enerjisinin bir kısmını emer ve geri kalanını yansıtır - ikisi arasındaki denge farklı bir lazer dalga boyunun kullanılmasını gerektirebilir. Dalga boyu ayrıca mikroskopi, optik yakalama ve ultrasonik gibi gelişmiş ve bilimsel uygulamalar için de kritik öneme sahiptir.

Yaklaşık 1000 nm'lik yakın IR dalga boyları, özellikle metallerin işlenmesi için bir başlangıç noktası olarak kullanılır. Bunun nedeni, yakın IR lazerlerin daha yüksek güçler sunması, daha az karmaşık olması ve genellikle daha uygun maliyetli olmasıdır. Çoğu metal yakın IR veya görünür aralıktaki ışığı verimli bir şekilde emer. Alüminyum ve bakır gibi yüksek IR yansıtma özelliğine sahip metaller bile ağırlıklı olarak daha yüksek güç yoğunlukları ile malzeme yansımasının üstesinden gelen yakın IR lazerler tarafından işlenir.

Çeşitli polimerler, seramikler, cam ve diğer metal olmayan maddeler genellikle orta kızılötesinden derin ultraviyole dalga boylarına sahip lazerler tarafından işlenir. Şeffaf polimerler ve camlar aslında yakın IR ışığa karşı şeffaf veya neredeyse şeffaftır ve yakın IR ışığın çoğunun emilmeden geçmesine izin verir. Sonuç olarak, yakın IR ışığını kolayca emen malzemeler bir polimer veya cam katman aracılığıyla işlenebilir.

 

Lazer Gücü

Ortalama güç olarak da adlandırılan lazer gücü watt (W) cinsinden ölçülür. Bir lazerin ortalama gücü, belirli bir süre boyunca hedef malzemeye ne kadar enerji verildiğini gösterir. Lazer gücü gereksinimleri, farklı uygulamalar için birçok büyüklük sırasına göre değişir. Birçok algılama, veri işleme, telekom, tıbbi veya bilimsel uygulama birkaç miliwatt'tan onlarca watt'a kadar güç kullanır. Metal olmayan işleme uygulamaları tipik olarak birkaç watt ile birkaç yüz watt arasında ortalama güç talep eder. Metal üretim uygulamaları, bazı mikro işlem uygulamaları söz konusu olduğunda yüzlerce watt'tan, kalın metal kesme ve kaynak uygulamaları söz konusu olduğunda düzinelerce veya daha fazla kilowatt'a kadar herhangi bir yerde güç talep eder.

 

Çeşitli lazer çalışma modları için tepe güç tablosu.

 

Lazer Çalışma Modu

Lazerler, sabit bir ortalama güç akışı sağlamak için sürekli bir ışık demeti yayabilir - bu mod Sürekli Dalga (CW) olarak adlandırılır ve en yaygın lazer çalışma modudur. Lazerler ayrıca darbeli çalışma modunda da kullanılabilir. Darbeli lazerler, saniye başına darbe (tekrarlama oranı), lazer darbesinin toplam enerjisi (darbe enerjisi), darbenin ulaştığı en yüksek güç (tepe gücü ve her darbenin uzunluğu (darbe süresi) ile karakterize edilir.

CW lazerler gibi, zaman içindeki darbeli lazer çıkışı ortalama güç olarak gösterilir. Darbeli lazerler, ortalama güçleri bir CW lazerinkiyle eşleşse bile, hedeflenen malzemeyi farklı şekilde etkiler. Darbeli lazerler genellikle çevredeki malzeme üzerindeki termal etkiyi en aza indirirken veya daha yüksek tepe gücü gerektiğinde parçaları işlemek için kullanılır. Uzun atımlı yarı sürekli dalga (QCW) lazerler, daha az ısı girdisi ve daha düşük güçlü bir lazerle CW lazer işlemeyi taklit etmek için yüksek tepe güçleriyle milisaniye cinsinden ölçülen atımları kullanır. Nanosaniye ve ultra hızlı (pikosaniye/femtosaniye) lazerler, aşırı ısı girişinin kabul edilemeyeceği veya aşırı yüksek tepe güçlerinin gerekli olduğu mikro işlem uygulamaları için son derece kısa darbelerden yararlanır.

Genel olarak, CW lazerler en yüksek ortalama güçleri ve sonuç olarak en yüksek işleme hızlarını sunar. Bir CW lazer ile darbeli lazer arasında karar verirken göz önünde bulundurulması gereken birçok husus vardır, ancak verimi parça kalitesiyle dengelemek genellikle en önemlisidir. Sac metal kesme gibi birçok uygulama, yüksek kesme hızları için yüksek güçlü CW lazerlerden yararlanır ve kusursuz kenar kalitesine ihtiyaç duymaz. Ancak ultra ince folyo yığınlarını keserken, mükemmel kenar kalitesi sağlamak ve olumsuz ısı etkilerini azaltmak veya ortadan kaldırmak için tipik olarak nanosaniye ve ultra hızlı darbeli lazerler kullanılır.

 

Çok modlu ve tek modlu lazer ışını profillerine örnek.

Sol: daha büyük spot boyutuna sahip çok modlu ışın profili. Sağ: daha küçük nokta boyutuna sahip tek modlu ışın profili.

 

Lazer Spot Boyutu ve Işın Kalitesi

Bir lazer ışını hedef malzeme ile temas ettiğinde, nokta olarak adlandırılan bir lazer ışığı alanı oluşturur. Tipik olarak µm cinsinden ölçülen nokta boyutu, bir lazerin hedefiyle nasıl etkileşime girdiğini belirlemede kritik bir faktördür. Nokta boyutu, farklı iletim fiberleri ve odaklama lensleri kullanmak, ışın iletimi ile hedef arasındaki mesafeyi değiştirmek ve daha uzun veya daha kısa dalga boyları kullanmak gibi çeşitli yollarla kontrol edilebilir.

Nokta boyutunun azaltılması, ışının enerjisini daha küçük bir alanda yoğunlaştırarak lazer gücünün daha verimli kullanılmasını sağlar. Daha yüksek enerji yoğunluğu, bir lazer ışınının malzemeyi delmesi için gereken süreyi azaltarak işleme hızlarını artırmak için kullanışlıdır. Küçük nokta boyutları, çeşitli mikro işleme uygulamaları ve ince özellikler gerektiren parçalar için de gereklidir. Bununla birlikte, yapısal kaynak gibi birçok uygulama için, daha geniş bir alanı işlemek ve gerekli ışın hareketini azaltmak için nokta boyutunu artırmak en uygunudur.

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.

Fiber Lazerler Nedir?

Fiber lazerler ışığı, kazanç ortamı olarak hizmet eden silika camdan yapılmış bir fiber optik kablo aracılığıyla yönlendirir ve elektrik akımı ile pompalanır. Elektriğin ışığa verimli bir şekilde dönüştürülmesiyle birlikte bu dağıtım yöntemi, fiber lazerleri birçok durumdaCO2 lazerler gibi eski lazerlerden veya disk lazerler gibi alternatif teknolojilerden çok daha pratik bir çözüm haline getirir. Karmaşık optikler, sık servis gereksinimleri veya sarf malzemeleri içermeyen fiber lazer teknolojisinin entegrasyonu önemli ölçüde daha kolaydır ve lazer tabanlı üretim, tıbbi uygulamalar ve bilimsel çabalar üzerinde devrim niteliğinde bir etkiye sahiptir.

Fiber lazer ve diğer lazer ortamları arasındaki özellik karşılaştırma tablosu.

Optik fiberin benzersiz özellikleri onu ideal bir aktif kazanç ortamı ve lazer rezonatör malzemesi haline getirir. Esnek, kullanımı kolay ve çeşitli uzunlukları destekleyebilen fiberin büyük yüzey/hacim en-boy oranı ısının uzaklaştırılmasını kolaylaştırır ve termal merceklenmeyi önlemeye yardımcı olur. Farklı tip, bileşim ve çekirdek çaplarına sahip fiberler, boş alan optiklerine ve bunların doğasında bulunan kirlenme, hasar ve yanlış hizalama risklerine gerek kalmadan pompa kaynaklarını, optik amplifikasyonu ve ışın dağıtım fiberini birleştiren karmaşık optik sistemler oluşturmak için eklenebilir.

IPG Fiber Lazer Teknolojisi

Benzersiz teknoloji platformumuz, IPG lazerlerinin diğer rakip lazer teknolojileriyle elde edilebilecek daha düşük bir maliyetle daha yüksek çıkış güçlerine ve üstün ışın kalitesine sahip olmasını sağlar. Tescilli tasarımlarımız, IPG tarafından onlarca yıllık yoğun yatırım ve yeniliklerle mükemmelleştirilen yenilikçi pompalama tekniklerine ve yüksek performanslı bileşenlere dayanmaktadır. IPG fiber lazer teknolojisinin temel taşları, kaplama yan pompalama tekniğimiz ve dağıtılmış tek emitörlü diyot pompalama mimarimizdir

 

Diyot Pompalama Teknolojisi

 

Kaplama yan pompalama tekniği ve dağıtılmış tek emitörlü diyot pompalama mimarisi, IPG'nin fiber lazer teknolojisinin temel taşlarıdır.

 

Sınıfının en iyisi diyot pompa teknolojisi, telekomünikasyon sektöründeki engin deneyimimizden ve teknoloji yatırımlarımızdan yararlanmaktadır. Tek yayıcılı diyotlarımız telekomünikasyon sektöründe kendini kanıtlamış teknoloji ve süreçler kullanılarak üretilmektedir ve her bir gofret, IPG'yi kısa ömürlü diyot çubukları ve çubuk yığını teknolojileri kullanan alternatif endüstriyel pompa ürünlerinden ayıran titiz telekomünikasyon endüstrisi standartlarına göre kalifiye edilmiştir. Sonuç olarak, IPG tek yayıcılı diyotlar daha yüksek pompalama parlaklığı ve çubuk yığını pompaların iki katına kadar güç verimliliği sunar. Tek yayıcılı pompalar, yüksek basınçlı deiyonize su kullanan pahalı, güvenilmez ve karmaşık mikrokanal soğutucular gerektiren çubuk yığınlarının aksine basit su veya hatta basınçlı hava soğutması kullanabilir.

Daha Fazla Bilgi

 

 

Yan Pompalama Teknolojisi

 

Dr. Valentin Gapontsev ve Dr. Igor Samartsev tarafından geliştirilen yan pompalama tekniğini gösteren şematik bir diyagram

 

Fiber lazerler, kolimasyonlu bir lazer çıkışı oluşturmak için lazer diyotlardan gelen ışığı birleştirmeli ve toplamalıdır. IPG tek emitörlü diyotların çıkışı, çekirdek çapları 100 mikron kadar küçük olan fiberlerde toplanır. Dr. Valentin Gapontsev ve Dr. Igor Samartsev tarafından geliştirilen yan pompalama tekniği kullanılarak, birçok pompa diyotundan gelen ışık, aktif bir kazanç fiberinin kaplamasına verimli bir şekilde birleştirilir. Pompa ışığı, kaplama içinde birden fazla yansımaya uğrarken, ışığın nadir toprak iyonları tarafından emildiği ve yeniden yayıldığı tek modlu çekirdekle sık sık kesişir. Bu zarif mekanizma, diyot ışığını olağanüstü verimlilikle fiber lazer ışığına dönüştürür.

Fiber lazer teklifimiz hakkında daha fazla bilgi edinmek için IPG ile iletişime geçin

IPG Fiber Lazerler Hakkında Daha Fazla Bilgi Edinin

Miliwatt'tan yüz kilowatt'a, UV'den orta IR'ye ve sürekli dalgadan femtosaniye darbelerine kadar IPG lazerleri, malzeme işleme, tıbbi operasyonlar ve bilimsel çalışmalar dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda sonuçları optimize etmek için endüstri lideri teknoloji ile güçlendirilmiştir.

En geniş fiber lazer yelpazesinin ve fiber lazer özelliklerinin üretkenliği nasıl en üst düzeye çıkarabileceği ve daha fazlasını nasıl mümkün kılabileceği hakkında daha fazla bilgi edinin.

Daha Fazla Bilgi
IPG Görüntü

IPG Fiber Lazer Teknolojisi Hakkında Daha Fazla Bilgi Edinmek İster misiniz?

Aklınızda bir proje varsa veya sadece IPG fiber lazer teknolojisi hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, bir IPG lazer uzmanı size yardımcı olmaya hazırdır.