Optischer Faserlaser
◆ Ein Faserlaser kann als ein Festkörperlaser definiert werden, der optische Fasern als aktives Verstärkungsmedium nutzt. Eine aus Glas-Silikat oder Phosphat gefertigte Faser absorbiert unverarbeitetes Licht von den Pumpenlaser-Dioden und wandelt es in einen konzentrierten Strahl einer bestimmten Wellenlänge um. Die optische Faser wird dotiert (ein seltenerdmetallisches Element wird in die Faser eingebracht), um dies zu ermöglichen. Verschiedene Dotierungsstoffe erzeugen Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen.
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Hibo (Liaocheng High-tech Zone) Handelsgesellschaft mbH
Haibo Laser befindet sich in Liaocheng, einer Wasserstadt in Jiangbei, die als "Venedig Nordchinas" bekannt ist. Es ist ein High-Tech-Unternehmen, das sich auf die Anwendung von Lasertechnologie, die Anpassung, den Verkauf und den Service von Lasergeräten spezialisiert hat. Wir engagieren uns für die Produktion sowie Forschung und Entwicklung von Laserprodukten und haben mehr als 20 Patente für Erfindungen erhalten.
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Hibo Laser ist ein High-Tech-Unternehmen, das sich auf Lasertechnologie konzentriert. Wir sind auf die Anpassung, den Verkauf und den Service von Lasergeräten spezialisiert. Unser Engagement für Forschung und Entwicklung hat zur Schaffung von mehr als 20 patentierten Erfindungen im Bereich der Laserprodukte geführt.
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Was ist ein Faserlaser
Ein Faserlaser kann als ein Festkörperlaser definiert werden, der optische Fasern als aktives Verstärkungsmedium nutzt. Eine aus Glas-Silikat oder Phosphat bestehende Faser absorbiert ungefiltertes Licht von den Pumpenlaser-Dioden und wandelt es in einen konzentrierten Strahl einer bestimmten Wellenlänge um. Die optische Faser wird dotiert (ein seltenerdmetallhaltiges Element wird in die Faser integriert), um dies zu ermöglichen. Verschiedene Dotierstoffe erzeugen Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlängen.
Vorteile des Faserlasers
● Präzision und Strahlqualität
Faserlasern wird für ihre bemerkenswerte Präzision gefeiert, was sie ideal für Aufgaben macht, die detaillierte und komplexe Schnitte erfordern. Die hohe Strahlqualität dieses speziellen Lasers ermöglicht einen fein fokussierten Punkt, was zu scharfen, sauberen Kanten mit minimalem Materialabfall führt.
● Energieeffizienz
Eine der herausragenden Eigenschaften von Faserlasern ist ihre außergewöhnliche Energieeffizienz. Sie erreichen dies, indem sie einen großen Teil der elektrischen Energie in Laserlicht umwandeln, was den Energieverlust erheblich reduziert. Infolgedessen sehen Unternehmen niedrigere Betriebskosten und einen verringerten CO2-Fußabdruck.
● Vielseitig
Faserlaser sind ideal zum Markieren einer Vielzahl von Materialien, einschließlich Metallen wie Stahl und Aluminium sowie Nichtmetallen wie Kunststoffen und Holz. Ihre Präzision und Vielseitigkeit machen sie zur bevorzugten Wahl für Aufgaben, die detaillierte und langlebige Markierungen erfordern.
● Kompaktes Design
Mit einer kleineren Stellfläche als viele andere Lasertypen sind Faserlasern für ihr platzsparendes Design bekannt. Diese kompakte Bauform ermöglicht es ihnen, sich problemlos in bestehende Setups einzufügen, selbst in Einrichtungen mit begrenztem Platz. Unternehmen profitieren von diesem Design, da es nicht nur den Bodenplatz spart, sondern auch die Integration in bestehende Arbeitsabläufe vereinfacht.
● Hohe Ausgangsleistung
Bei der Bewältigung anspruchsvoller Aufgaben, die intensive, fokussierte Energie erfordern, zeichnen sich Faserlaser durch ihre hohe Ausgangsleistung aus. Dieses Merkmal ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb auf hohen Leistungsniveaus und sorgt für eine reibungslose, unterbrechungsfreie Leistung.
● Zuverlässigkeit und geringe Wartung
Einer der größten Vorteile von Lasersystemen, die Faseroptik verwenden, ist ihre Zuverlässigkeit mit minimalem Wartungsaufwand. Dank ihres geschlossenen optischen Pfades sind diese Laser vor Staub und anderen Partikeln geschützt, sodass Sie sich keine Sorgen über häufige Wartung machen müssen.
Welche Arten von Faserlasern gibt es?
Allgemein gesprochen können Faserlaser anhand der folgenden Kriterien kategorisiert werden:
● Laserquelle: Faserlaser variieren je nach dem Material, mit dem die Laserquelle vermischt ist. Einige Beispiele sind mit Ytterbium doppierte Faserlaser, Thulium doppierte Faserlaser und Erbium doppierte Faserlaser. Alle diese Laserarten werden für unterschiedliche Anwendungen verwendet, weil sie unterschiedliche Wellenlängen erzeugen.
● Funktionsweise: Verschiedene Laserstrahlen werden unterschiedlich ausgelöst. Laserstrahlen können entweder mit einer festgelegten Wiederholungsrate gepulst werden, um hohe Spitzenleistungen zu erreichen (pulsierte Faserlaser), wie dies bei "q-switched", "gain-switched" und "mode-locked" Lasern der Fall ist. Oder sie können kontinuierlich sein, was bedeutet, dass sie kontinuierlich die gleiche Menge an Energie senden (Faserlaser mit kontinuierlicher Welle).
● Laserleistung: Die Laserleistung wird in Watt ausgedrückt und entspricht der durchschnittlichen Leistung des Laserstrahls. Zum Beispiel können Sie einen 20W-Faserlaser, einen 50W-Faserlaser usw. haben. Hochleistungslaser erzeugen schneller mehr Energie als Niedrigleistungslaser.
● Modus: Der Modus bezieht sich auf die Größe des Kerns (wo das Licht durchläuft) der optischen Faser. Es gibt zwei Arten von Moden: Einmodige Faserlaser und Mehrmodige Faserlaser. Der Kerndurchmesser für Ein-Modus-Lasern ist kleiner, typischerweise zwischen 8 und 9 Mikrometern, während er für Mehr-Modus-Lasern größer ist, typischerweise zwischen 50 und 100 Mikrometern. Einfach ausgedrückt, übertragen Ein-Modus-Laser das Laserlicht effizienter und haben eine bessere Strahlqualität.
Wie die Leistung eines optischen Faserlasers skaliert
Die Fähigkeit von Faserlasern, in der Leistung zu skalieren, wird durch Brillouin- und Raman-Streuung sowie die kurze Länge der Laser selbst eingeschränkt. Viele Komponenten, einschließlich Verstärker, Schalter und Logikelemente, erfordern nichtlineare Faseranordnungen.
Es gibt zwei Klassen von nichtlinearen Effekten in optischen Fasern. Der erste wird durch den Kerr-Effekt verursacht, oder die Intensitätsabhängigkeit des Brechungsindex des Mediums. Dieses Phänomen äußert sich als einer von drei Effekten, abhängig von der Art des Eingangssignals: Kreuzphasenmodulation (CPM), Selbstphasenmodulation (SPM) oder Vierwellenmischung (FWM).
Der zweite nichtlineare Effekt tritt auf, wenn das optische Feld einen Teil seiner Energie über inelastische Streuung an das nichtlineare Medium abgibt. Eine solche inelastische Streuung kann zu Phänomenen wie stimulierter Brillouin-Streuung (SBS) und stimulierter Raman-Streuung (SRS) führen.
Jede Form von angeregter Streuungsaktion kann potenziell eine Quelle für Verstärkung in der Faser sein. In beiden Prozessen, wenn die einfallende Leistung über einen bestimmten Schwellenwert steigt, nimmt die Intensität des gestreuten Lichts exponentiell zu. Aufgrund der vergleichsweise großen Frequenzverschiebung und der breiteren Verstärkungsbandbreite ist die Raman-Verstärkung vorteilhafter. Der Hauptunterschied zwischen ihnen besteht darin, dass bei Brillouin die optische Welle mit niederfrequenten akustischen Phononen interagiert, während bei Raman die gerichtete optische Welle mit hochfrequenten optischen Phononen interagiert. Ein weiterer wichtiger Unterschied ist, dass SRS in beide Richtungen auftreten kann, während SBS nur in der Rückwärtsrichtung in optischen Fasern auftritt.
Was ist der Unterschied zwischen optischen Faserlasern und CO2-Lasern?
Der Hauptunterschied zwischen Faser- und CO2-Lasern liegt in der Quelle, aus der der Laserstrahl erzeugt wird. Bei Faserlasern ist die Laserquelle Silikaglas, das mit einem Seltenen Erden-Element gemischt ist. Bei CO2-Lasern ist die Laserquelle ein Gemisch von Gasen, das Kohlendioxid enthält.
Während beide Lasertypen sehr gut zum Schneiden von Materialien geeignet sind, haben sie tatsächlich unterschiedliche funktionale Schwerpunkte. Auf der einen Seite sind CO2-Laser sehr geeignete Werkzeuge zum Schneiden von nichtmetallischen Materialien wie Kunststoffen. Ihre relativ hohe Effizienz und gute Strahlqualität machen sie zum am weitesten verbreiteten Lasertyp in dieser Branche.
Auf der anderen Seite haben Faserlaser in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte beim Schneiden von Metallblechen (hauptsächlich Edelstahl) gemacht, hauptsächlich aufgrund ihrer hohen Schneidgeschwindigkeit, die oft 2-3 Mal schneller ist als CO2-Laser bei vergleichbaren Leistungsstufen. Im Allgemeinen ist es beim Schneiden von Metallen mit einer Dicke von 0,25" und dünner sinnvoll, Faserlaser für die Massenproduktion in Betracht zu ziehen, aber wenn das Metall dicker als 0,375" ist, genießen CO2-Laser immer noch den Geschwindigkeitsvorteil und überlegene Schneideigenschaften. Daher ist es unwahrscheinlich, dass Faserlaser die CO2-Laser beim Materialschneiden vollständig ersetzen.
Anwendung von Faserlasern
● Laser-Markierung
faserlaser mit einer Emissionswellenlänge von 1064 nm, die mit Ytterbium dotiert sind, gelten als ideal für Laserbeschriftungsanwendungen. Diese Laser können scharfe, langlebige Abdrücke auf Kunststoff- und Metalloberflächen hinterlassen. Sie können angepasst werden, um schnelle Produktionszyklen zu ermöglichen, und können manuell oder automatisiert sein. Faserlaserausrüstung kann auch zum Anlassen, Ätzen und Gravieren verwendet werden.
● Laserschweißen
Eine weitere wichtige Anwendung für diese Laser sind Schweißdienste. Das Laserschweißen mit optischen Faserlasern ist eine der vielversprechendsten aufkommenden Technologien, die aufgrund der verschiedenen Vorteile, die der Prozess bietet, schnell Marktanteile gewinnt. Laserschweißen bietet schnellere Geschwindigkeiten, größere Präzision, geringere Verformung, höhere Qualität und Effizienz im Vergleich zu traditionellen Methoden.
● Laserreinigung
Die Laserreinigung, der Prozess zum Entfernen von Farbe, Oxid und Rost von Metalloberflächen, funktioniert am besten mit optischen Faserlasern. Das Verfahren kann automatisiert und an verschiedene Bedingungen der Fertigungslinie angepasst werden.
● Laser-Schneiden
Das Laserschneiden ist eines der am meisten erforschten Bereiche der Anwendung von optischen Faserlasern. Es kann komplexe Schnitte mit beeindruckender Kantenqualität durchführen. Dies macht es optimal für Teile mit engen Toleranzen. Seine Akzeptanz nimmt bei Herstellern aufgrund der langen Liste von Vorteilen zu.
Wie lange hält ein optischer Faserlaser?
Die meisten Online-Quellen behaupten, dass Faserlaser 100.000 Stunden halten, während CO2-Laser 30.000 Stunden halten. Das ist nicht ganz richtig. Diese Zahlen beziehen sich auf einen Wert namens "mittlere Zeit zwischen Ausfällen" (MTBF), der nicht für alle Faserlaser gleich ist. In Wirklichkeit werden Sie unterschiedliche Zahlen für verschiedene Arten von Faserlasern sehen.
Die MTBF misst die Zuverlässigkeit eines Lasers, indem sie angibt, wie viele Stunden der Laser voraussichtlich funktioniert, bevor ein Ausfall auftritt. Sie wird durch das Testen mehrerer Lasereinheiten ermittelt und dann wird die Gesamtzahl der Betriebsstunden durch die Gesamtzahl der Ausfälle geteilt. Obwohl dieser Wert Ihnen nicht genau sagt, wie lange ein Faserlaser halten kann, gibt er dennoch eine gute Vorstellung von der Zuverlässigkeit des Lasers.
Welche Materialien können mit Faserlasern bearbeitet werden?
Faserlasern sind ideal für die Bearbeitung einer Vielzahl von Materialien und haben sich durch jahrelange industrielle Nutzung als zuverlässig erwiesen. Faserlasern sind besonders beliebt für die Bearbeitung von Metallen. Die Art des betroffenen Metalls ist von sekundärer Bedeutung. Faserlasern können Baustahl, Edelstahl, Titan, Eisen und Nickel sowie reflektierende Metalle wie Aluminium, Messing, Kupfer und Edelmetalle (Silber und Gold) bearbeiten. Sie funktionieren auch gut mit Materialien, die anodisierte und lackierte Oberflächen haben. Faserlasern, insbesondere gepulste Nanosekundenlaser, werden auch zur Bearbeitung von Silizium, Edelsteinen (einschließlich Diamanten), Kunststoffen, Polymeren, Keramiken, Verbundstoffen, dünnen Schichten, Ziegeln und Beton eingesetzt.
Ein Faserlaser funktioniert, indem er eine optische Faser als Resonator verwendet, um den Laserstrahl zu verstärken. Dies geschieht durch die Erzeugung einer überlappenden Struktur aus Faserbeschichtung, die mit Yb-Ionen dotiert ist. Eine Laserdiode wird dann in die Faser gepumpt, um einen Hochleistungs-Laser zu erzeugen. Der Laser ist optimal für tiefes Gravieren, Anlassen und Schneiden – insbesondere für große Produktionschargen von wiederholten Aufgaben, die schnell abgeschlossen werden müssen.
Aufgrund der hohen Wärmeabgabe, die von Faserlasern erzeugt wird, sind sie jedoch möglicherweise nicht die ideale Wahl für das Markieren auf Nichtmetallen. Einige Nichtmetalle haben sehr niedrige Schmelzpunkte, was bedeutet, dass Faserlaser ihre strukturelle Integrität stören könnten, indem sie über den Zielbereich hinaus schmelzen. Andererseits haben andere Nichtmetalle hohe Schmelzpunkte, die dem Strahl der Faser entgegenwirken. Bei hohem Schmelzpunkt kann der Faserlaser möglicherweise nicht den gewünschten dunkelsten Markierungseffekt erzielen. In diesen Fällen könnten alternative Lasertypen eine bessere Option sein.
Wie man einen Faserlaser wartet
Die regelmäßige Inspektion ist ein wichtiger Bestandteil der Wartung von Faserlasern. Dazu gehört die Überprüfung wichtiger Komponenten wie Stromleitungen, Glühbirnen, Filter und Sensoren. Die Verbindung der Stromleitung sollte fest und nicht locker sein; die Glühbirne ist ein wichtiger Teil der Beleuchtungsausrüstung und muss regelmäßig ersetzt werden; der Filter ist ein wichtiges Element zum Filtern von Staub und Verunreinigungen und muss regelmäßig gereinigt oder ersetzt werden; der Sensor ist ein wichtiges Element zur Überwachung des Status der Ausrüstung. Er muss regelmäßig kalibriert oder ersetzt werden.
Während der Wartung ist ein sicherer Betrieb entscheidend. Zuerst sollte sichergestellt werden, dass das Gerät ausgeschaltet und vom Stromnetz getrennt ist, um versehentliche Stromschläge oder Schäden am Gerät zu vermeiden. Nicht-Profis sollten niemals versuchen, Reparaturen selbst durchzuführen, um unnötige Verluste und Risiken zu vermeiden. Gleichzeitig wird empfohlen, während des Wartungsprozesses die Schritte und Ergebnisse der Wartung aufzuzeichnen, um zukünftige Wartung und Verwaltung zu erleichtern und anderen Wartungspersonal Referenz und Unterstützung zu bieten.
Um Probleme mit der Dämpfung der Laserleistung von optischen Fasern zu reduzieren, wird regelmäßige präventive Wartung empfohlen. Dazu gehören regelmäßige Inspektionen und Reinigungen der Ausrüstung, das rechtzeitige Erkennen und Lösen potenzieller Probleme, um einen stabilen Betrieb der Ausrüstung sicherzustellen. Präventive Wartung verlängert nicht nur die Lebensdauer der Ausrüstung, sondern verbessert auch die Betriebseffizienz der Ausrüstung.
Neben der Wartung der Geräte selbst ist es auch wichtig, die Umgebung sauber zu halten. Staub und Schmutz können die Leistung Ihres Geräts negativ beeinflussen und sogar zu Fehlfunktionen führen. Daher sollten die Geräte und ihre Umgebung regelmäßig gereinigt werden, um eine Ansammlung von Staub und Schmutz zu vermeiden. Gleichzeitig sollte die Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Umgebung, in der sich das Gerät befindet, angemessen gehalten werden, um die optimalen Betriebsbedingungen des Geräts aufrechtzuerhalten.
Mit dem kontinuierlichen Fortschritt der Technologie werden auch die Software und Hardware von Faserlasern ständig aktualisiert. Um die Leistung und Kompatibilität des Geräts aufrechtzuerhalten, sollten die zugehörige Software und Hardware umgehend aktualisiert werden. Dies verbessert nicht nur die Betriebseffizienz des Geräts, sondern erhöht auch dessen Stabilität und verringert die Möglichkeit von Ausfällen.
FAQ
F: Was sind die Einschränkungen von Faserlasern?
Q: Wie viele Stunden hält ein Faserlaser?
Q: Auf welche Frequenz sollte ein Faserlaser eingestellt werden?
Q: Verlieren Faserlaser im Laufe der Zeit an Leistung?
Q: Was sind die Ausfallmodi von Faserlasern?
Q: Wie genau ist ein Faserlaser?
Q: Welcher ist besser, Faserlaser oder CO2-Laser?
Q: Benötigen Faserlaser eine Belüftung?
Q: Welche Luftfeuchtigkeit sollte ein Faserlaser haben?
Q: Müssen Faserlaser aufwärmen?
Q: Kann man mit einem Faserlaser schneiden?
Q: Benötigt der Faserlaser Gas?
Q: Was sind die zwei Arten von Faserlasern?
Q: Brauchen Sie Augenschutz für optische Faserlaser?
Q: Emittieren optische Faserlaser Strahlung?
Q: Was ist die Toleranz eines optischen Faserlasers?
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