כוח ובהירות הנעה דו-גלגלית מגדירים פיתוח עתידי של לייזר סיבים

ללייזר ארבעה מאפיינים עיקריים, כלומר בהירות גבוהה, כיווניות טובה, מונוכרומטיות טובה וקוהרנטיות גבוהה.מאפיינים אלה קשורים זה לזה, מה שהופך את הלייזר מתאים לתרחישים שונים.

הבהירות הגבוהה של הלייזר היא תכונה חשובה השונה ממקורות אור רגילים, והגדלת העוצמה והבהירות היא גם נושא נצחי לפיתוח לייזרים.מהי בהירות גבוהה, המתבטאת בשפה טכנית היא שככל שהמדד M2 מתאר את איכות האלומה קרוב יותר ל-1.

בשנים האחרונות, עם שיפור הטכנולוגיה, פרצו בהדרגה לייזרים סיבים ביתיים את מגבלת ההספק, מ-12KW ל-20KW.נכון להיום הושק בשוק לייזר הסיבים הגבוה ביותר בהספק של 30KW והשלב הבא הוא 50KW.כולם שמים לב ומתחרים בכוח פלט הלייזר שלו גבוה יותר, אבל מתעלמים למי יש איכות קרן טובה יותר.

היום בואו נסתכל על מהי בהירות גבוהה, ואת היתרונות והמשמעות של בהירות גבוהה.

מאפייני קרן הלייזר

אור הלייזר הנפלט מהלייזר נראה כך, תחילה מתכנס בשדה הקרוב, ולאחר מכן מתפשט בשדה הרחוק

ב,

רדיוס המותניים של הקרן w0 הוא הרדיוס שבו קרן הלייזר מתכנסת לקטע הקטן ביותר בשדה הקרוב;

אורך Rayleigh ZR הוא המיקום כאשר מותני הקורה גדלים פי √2;

השדה הרחוק מוגדר כטווח מעבר לפי 4 מאורך ריילי, ושדה הקרוב מוגדר כטווח בטווח פי 4 מאורך ריילי;

זווית סטיית השדה הרחוק θ מייצגת את מידת הסטיה של קרן הלייזר בשדה הרחוק.

אפיון איכות קרן

איכות הקרן היא פרמטר הליבה לאפיון מאפייני קרן הלייזר, והיא מהווה אינדיקטור חשוב ללייזר, המשמש למדידת מידת המיקוד של קרן הלייזר במצב ספציפי.השיטות הנפוצות לכימות איכות האלומה הן: מוצר פרמטר קרן (BPP) ו-M2^גורם.

BPP (מוצר פרמטר קרן): מוצר פרמטר קרן, מוגדר כרדיוס המותניים של הקרן ( w₀) מוכפל בזווית סטיית השדה הרחוק (θ):

M²: היחס בין תוצר פרמטר האלומה למכפלת פרמטר האלומה של האלומה הגאוסית הבסיסית, שניתן להמיר ל-BPP:

מהנוסחה לעיל, נוכל למצוא בקלות כי: ל-BPP אין שום קשר לאורך הגל, בעוד שגורם M2 קשור לאורך הגל של הלייזר.

הערך של גורם M² קרוב לאין ערוך ל-1, כלומר היחס בין הנתונים האמיתיים לנתונים האידיאליים.כאשר הנתונים האמיתיים קרובים יותר לנתונים האידיאליים, איכות האלומה טובה יותר.

עבור לייזר סיבים עם אורך גל של 1070nm, הפרמטרים האידיאליים צריכים להיות:

כאשר לייזר סיב BPP או M2^{פָּרָמֶטֶר}קרוב יותר לערך זה, איכות האלומה טובה יותר וזווית ההסתייגות המתאימה קטנה יותר.

כיצד לקבוע את איכות האלומה

בדרך כלל, אנו משתמשים בנתח קרן כדי למדוד את איכות הקרן של הלייזר, נותנים לנתח לנוע ביחס לנתיב האופטי, ולאסוף מידע X, Y ו-Z במספר מיקומים כדי לקבוע את גודל המותניים, המיקום וזווית ההתרחקות. , וחשב את אורך ריילי ו-BPP או M2.

בשימוש נפוץ הם שיטת קצה הסכין ושיטת החריץ.הרעיונות של השניים זהים בעצם, כלומר, השתמשו בקצה סכין או בחריץ כדי לסרוק את האלומה, למדוד ולמפות את התפלגות שדה האור של קטע, ולאחר מכן לנוע למעלה ולמטה כדי למדוד ולמפות את שדה האור ב- מרחקים שונים.לבסוף מתקבלת התפלגות שדה האור התלת מימדית.

▲ שיטת קצה סכין

▲ שיטת חריץ

הבדיקה של איכות האלומה היא לרוב מסובכת יותר.פשוט, אנו יכולים להעריך את ההערכה לפי קוטר ליבת הסיבים והצמצם המספרי (NA).

אלומת אור, לא משנה כמה גדולה טווח הזווית, יכולה להיות מועברת כרגיל רק כשהיא חודרת לסיב בטווח זווית האירוע הקריטי.ערך הסינוס של זווית זו α הוא הצמצם המספרי NA של הסיב, כלומר NA=sinα, המשקף את האור שנקלט בסיב.יְכוֹלֶת.בדרך כלל אפשר להתייחס לזה בערך.

למה אנחנו מתכוונים בדרך כלל בלייזר בהירות גבוהה?

בהירות (Br) הגדרה: צפיפות הספק ליחידת שטח וזווית מוצקה ליחידה.כפי שהזכרנו קודם, אזור הליבה של לייזר סיבים, זווית מוצקה של השדה הרחוק.

על פי הנוסחה לעיל, לא קשה לראות שהבהירות הגבוהה כביכול פירושה שיש לה איכות אלומה גבוהה יותר (כלומר, BPP או M קטן יותר^{2) תחת אותה כוח.}

כמובילה עולמית בלייזרים בהירות גבוהה,GW Laser Tech מתמקדת במחקר ופיתוח של לייזרים סיבים בהירות גבוהה 976nm, המובילה את מגמת הפיתוח של לייזרים סיבים.

לייזר גואנגהוירווק של-מצב 10 מיקרומטרלייזר להגביל פלט סיבים, M²<1.1, ו-50kw 100μm לייזר סיבים יש צפיפות אנרגיה קרובה לגבול הפיזי.

לייזר קוטר ליבה קוטר 100 מיקרומטר חד מצב 4kW M²<1.3, לייזר רב-מצבי 12kW BPP<4.

▲ לייזר Guanghui סדרת YLPS מודול יחיד 4KW לייזר

▲ לייזר Guanghui סדרת YLPM רב מודול 20KW לייזר

5

המשמעות והיתרונות של בהירות גבוהה

בשנים האחרונות, לייזרים בעלי הספק גבוה הופכים בהדרגה לכוח העיקרי בשוק, וגם לייזרים סיבים הולכים לקראת הספק גבוה יותר.לייזרים של 12KW הפכו לתצורה הסטנדרטית של יצרני לייזר מיינסטרים.בשנה שעברה, המכירות של לייזר 20KW של Guanghui עלו באופן משמעותי;נכון לעכשיו, לייזרים של 40KW מתחילים להישלח בהדרגה.

רוב הלייזרים בעלי הספק גבוה כיום מורכבים ממספר מודולים, כלומר פלט האור על ידי מודולי לייזר מרובים מחובר לסיב אופטי אחד לפלט.בהשוואה לליבת סיבי הפלט של מודול לייזר יחיד, מספר מודולים. קוטר ליבת סיבי הפלט המשולב גדול יותר ואיכות האלומה נמוכה יותר בהתאם.

אם מתעלמים מאיכות האלומה, לא משנה כמה גבוה ההספק, ניתן לממש אותה באמצעות ערכת שילוב האלומות מרובת מודולים.עם זאת, עם ההתקדמות הטכנולוגית והשדרוג התעשייתי, תעשיית הייצור תתקדם בהדרגה לעבר קצה גבוה, מה שבהכרח יציג דרישות גבוהות יותר ויותר ללייזרים, לא רק שיספק את הגדלת ההספק, אלא גם ייתן יותר תשומת לב לשיפור הבהירות. .אותם לייזרים בעלי הספק גבוה שרק מגבירים את ההספק מבלי לשים לב לבהירות יבוטלו בקרוב על ידי השוק.

מאז הקמתה, GW Laser Techהייתה מחויבת למחקר ופיתוח של לייזרים בהירות גבוהה, ותגדיל את העוצמה ותגדיל את הבהירות באותה מידה.באמצעות אופטימיזציה של טכנולוגיית מודול לייזר יחיד, חיבור היתוך סיבים ותוכניות שילוב של קרן, בהירות הלייזר שופרה עוד יותר.באותם תנאי כוח, לאחר איסוף ומיקוד על ידי אותה מערכת אופטית, הנקודה בנקודת המוקד קטנה יותר וצפיפות האנרגיה גבוהה יותר.זה בא לידי ביטוי ישירות ביישומי עיבוד לייזר: תחת אותו כוח, מהירות העיבוד מהירה יותר;באותה מהירות עיבוד, ההספק הנדרש קטן יותר.

קח כדוגמה את חיתוך לייזר 20KW מסדרת YLPM של GW Laser.בהשוואה ללייזרים אחרים באותו הספק, מהירות החיתוך מהירה יותר, ויתרון זה בולט במיוחד בחיתוך חומרים בעלי רפלקציה גבוהה.

לייזרים בהירות גבוהה הם כיוון חשוב לפיתוח תעשיית הלייזר.שוק הלייזר בעל ההספק הגבוה הנוכחי הראה הומוגניות ברורה, ויצרני הלייזר הגדולים מתקדמים בכיוון של הספק מרוכז.

GWלייזרלא רק דואג להגדלת כוח הלייזר, אלא גם מקדיש יותר תשומת לב לשיפור בהירות הלייזר.בעתיד, נמשיך לחקור בכיוון של בהירות גבוהה, כך שללייזר יש איכות קרן וביצועי עיבוד טובים יותר, ויעזור ללקוחות לשפר את יעילות העיבוד.