レーザーには、高輝度、良好な指向性、良好な単色性、および高コヒーレンスという 4 つの主な特徴があります。これらの特性は互いに関連しているため、レーザーはさまざまなシナリオに適しています。
レーザーの高輝度は通常の光源とは異なる重要な特徴であり、高出力化、高輝度化もレーザー開発の永遠の課題です。高輝度とは、専門用語で表現すると、1 に近いほどビーム品質を表す指標 M2 になります。
近年、技術の向上に伴い、国内のファイバーレーザーは12KWから20KWに徐々に出力限界を突破しています。現在、30KWの出力を持つ最高のファイバーレーザーが市場に投入されており、次のステップは50KWです。誰もが注意を払い、誰のレーザー出力が高いかを競いますが、誰がより良いビーム品質を持っているかは無視されます。
今日は、高輝度とは何か、高輝度のメリットと意義について見ていきましょう。
レーザービームの特性
レーザーが発するレーザー光はこんな感じで、まずニアフィールドで収束し、次にファーフィールドで広がっていきます
の、
ビーム ウェスト半径 w0 は、レーザー ビームが近接場の最小セクションに収束する半径です。
レイリー長 ZR は、ビーム ウエストを √2 倍にしたときの位置です。
遠距離場はレイリー長の 4 倍を超える範囲として定義され、近距離場はレイリー長の 4 倍以内の範囲として定義されます。
遠視野発散角θは、遠視野におけるレーザービームの発散の程度を表す。
ビーム品質の特性評価
ビーム品質は、レーザー ビームの特性を特徴付ける重要なパラメーターであり、特定の状況でのレーザー ビームの焦点の程度を測定するために使用されるレーザーの重要な指標です。ビーム品質を定量化するために一般的に使用される方法は、ビーム パラメータ プロダクト (BPP) と M2 です。要素.
BPP (ビーム パラメーター プロダクト): ビーム パラメーター プロダクト。ビーム ウエスト半径 ( w0) 遠視野発散角 (θ) を掛けた値:
M2: ビーム パラメータ積と基本ガウス ビームのビーム パラメータ積との比。BPP に変換できます。
上記の式から、次のことが簡単にわかります。BPP は波長とは関係ありませんが、M2 係数はレーザー波長に関連しています。
M² 係数の値は 1 に限りなく近く、これは実際のデータと理想的なデータの比率を意味します。実際のデータが理想的なデータに近いほど、ビーム品質は向上します。
波長が 1070nm のファイバー レーザーの場合、理想的なパラメーターは次のようになります。
ファイバーレーザーBPPまたはM2の場合パラメータがこの値に近いほど、ビーム品質が向上し、対応する発散角が小さくなります。
ビーム品質の決定方法
通常、ビーム アナライザーを使用してレーザーのビーム品質を測定し、アナライザーを光路に対して移動させ、複数の位置で X、Y、および Z 情報を収集して、ビーム ウエスト サイズ、位置、発散角を決定します。 、レイリー長と BPP または M2 を計算します。
一般的に使用されるのは、ナイフエッジ法とスリット法です。両者の考え方は基本的に同じです。つまり、ナイフエッジまたはスリットを使用してビームをスキャンし、セクションのライト フィールド分布を測定してマッピングし、次に上下に移動してライト フィールドを測定およびマッピングします。異なる距離。最後に、三次元ライトフィールド分布が得られます。
▲ナイフエッジ法
▲スリット方式
多くの場合、ビーム品質のテストはより複雑です。簡単に言えば、ファイバのコア径と開口数 (NA) に基づいて推定値を近似することができます。
角度範囲がどれほど大きくても、光ビームは臨界入射角範囲内でファイバに入射する場合にのみ正常に伝送されます。この角度 α の正弦値は、ファイバーの開口数 NA です。つまり、NA = sinα であり、ファイバーが受け取った光を反射します。能力。おおむねその程度と考えてよいでしょう。
通常、高輝度レーザーとは何を意味しますか?
明るさ (Br) 定義: 単位面積および単位立体角あたりの電力密度。前に述べたように、ファイバーレーザーのコア領域
、遠視野立体角
.
上記の式によると、いわゆる高輝度とは、ビーム品質が高い (つまり、BPP または M が小さい) ことを意味することがわかります。2 ) 同じ力の下で。
高輝度レーザーのグローバルリーダーとして、GW Laser Techは、976nm高輝度ファイバーレーザーの研究開発に注力し、ファイバーレーザーの開発動向をリードしています。
光輝レーザーのシングルモード 10μm限界ファイバー出力レーザー、M2<1.1、および50kw 100μmファイバーレーザーは、物理的限界に近いエネルギー密度を持っています。
従来のコア径100μmシングルモード4kWレーザーM2<1.3、マルチモード 12kW レーザー BPP <4。
▲広輝レーザーYLPSシリーズシングルモジュール4KWレーザー
▲ Guanghui Laser YLPM シリーズ マルチモジュール 20KW レーザー
5
高輝度の意義とメリット
近年、高出力レーザーが徐々に市場の主力となりつつあり、ファイバーレーザーも高出力化の方向に進んでいます。12KW レーザーは、主流のレーザー メーカーの標準構成になっています。昨年、Guanghui Laser の 20KW レーザーの売上は大幅に増加しました。現在、40KWのレーザーが徐々に出荷され始めています。
現在の高出力ファイバーレーザーのほとんどは、複数のモジュールで構成されています。つまり、複数のレーザーモジュールから出力された光は、出力用の1つの光ファイバーに結合されています。単一のレーザーモジュールの出力ファイバーコアと比較して、複数のモジュールを組み合わせた出力ファイバーコアの直径は大きくなり、それに応じてビーム品質が低下します。
ビーム品質を無視すれば、どんなにパワーが高くても、マルチモジュールビーム結合方式で実現できます。ただし、技術の進歩と産業のアップグレードに伴い、製造業は徐々にハイエンドに移行し、必然的にレーザーに対する要求がますます高くなり、出力の増加を満たすだけでなく、輝度の向上にもより注意を払うようになります。 .明るさに注意を払わずに出力を上げるだけの高出力レーザーは、まもなく市場から排除されます。
GWレーザーテックは創業以来、は、高輝度レーザーの研究開発に力を入れており、出力と輝度を同等に向上させます。シングル レーザー モジュール技術、ファイバー融着接続、ビーム結合方式の最適化により、レーザーの輝度がさらに向上しました。同じパワー条件の下で、同じ光学系によるコリメートと集光の後、焦点でのスポットは小さくなり、エネルギー密度は高くなります。これは、レーザー加工アプリケーションに直接表れています。同じ出力では、加工速度が速くなります。同じ処理速度の下では、必要な電力は小さくなります。
例として、GW Laser の YLPM シリーズ 20KW レーザー切断を取り上げます。同じ出力の他のレーザーと比較して、切断速度が速く、この利点は高反射材料の切断で特に顕著です。
高輝度レーザーは、レーザー産業の発展にとって重要な方向性です。現在の高出力レーザー市場は明らかな均一性を示しており、主要なレーザー メーカーは重畳出力の方向に進んでいます。
GWレーザレーザー出力の増加を気にするだけでなく、レーザーの明るさの改善にも注意を払っています。今後も高輝度化を追求し、レーザーのビーム品質と加工性能を向上させ、お客様の加工効率向上に貢献していきます。
投稿時間: Dec-21-2022