Laser a fibra: 7 vantaggi e differenze

Prima di acquistare aLaser a fibra, è necessario capire in cosa differisce dagli altri laser. Sappiamo che un laser funzionante richiede tre componenti: una sorgente di pompa per l'approvvigionamento energetico, un mezzo di guadagno e un risonatore ottico. Per i laser a fibra, sebbene la scelta della sorgente della pompa non sia altro che diodi laser e altri laser a fibra, il design del mezzo di guadagno e del risonatore ottico sono essenzialmente diversi.
 

Questa struttura unica porta sette vantaggi principali:

1. Mezzo di guadagno ad alta efficienza
A differenza di altri laser, i laser a fibra raggiungono l'amplificazione della luce nelle fibre ottiche drogate con ioni di metalli delle terre rare come itterbio (Yb3+), neodimio (Nd3+), tulio (Tm3+), praseodimio (Pr3+) o erbio (Er3+). Questi ioni attivi al laser possono assorbire la maggior parte della luce della pompa e quindi emettere fotoni di frequenze specifiche attraverso l'emissione stimolata. La struttura intrinsecamente flessibile della fibra ottica consente distanze di guadagno maggiori rispetto ad altri tipi di laser. Ciò fornisce un elevato guadagno ottico.

2. Circuito di feedback intelligente attraverso il reticolo di Bragg in fibra
Invece di utilizzare specchi dielettrici tradizionali, il feedback ottico nei laser a fibra è generalmente fornito da reticoli in fibra di Bragg, che sono una serie di fibre di vetro con diversi indici di rifrazione fusi in modo periodico. Queste strutture periodiche possono riflettere raggi laser di specifiche lunghezze d'onda e diventare così la cavità ottica del laser a fibra. Pertanto, per i laser a fibra, la cavità ottica è effettivamente all'interno del mezzo di guadagno.

3. Robusta cavità ottica
C’è un malinteso comune da evitare quando si parla di laser a fibra, ovvero che i laser a fibra non sono la stessa cosa dei laser a fibra ottica. Ad esempio, nei laser a diodi accoppiati a fibra, la fibra ottica viene utilizzata solo per scopi di trasmissione del raggio e i principi fisici dell'emissione stimolata non sono coinvolti. Quindi, anche se le fibre ottiche si accoppiano ai sistemi laser, non hanno ancora tutte le eccellenti qualità dei laser a fibra. L'esclusiva cavità ottica integrata utilizza la fibra ottica a spirale come mezzo di guadagno, creando una cavità ottica forte e stabile.

4. Struttura compatta
Uno dei principali vantaggi dei laser a fibra è il loro layout compatto. Rispetto a prodotti simili, i laser a fibra hanno un ingombro molto ridotto per potenze di uscita equivalenti. Questo perché la fibra ottica è pieghevole e può essere avvolta in uno spazio compatto. Inoltre, la flessibilità della fibra ottica consente anche di personalizzare ulteriormente il percorso ottico, garantendo maggiore libertà di progettazione per diverse situazioni specifiche.

5. Elevata potenza di uscita
Poiché il mezzo di guadagno nei laser a fibra è molto sottile e flessibile, la fibra può essere lunga diversi chilometri, consentendo di ottenere guadagni di luce della pompa molto elevati. Inoltre, il calore generato dai laser a fibra può essere dissipato in modo efficiente grazie all'ampio rapporto tra superficie e volume della fibra. Di conseguenza, i laser a fibra possono funzionare continuamente a livelli di kilowatt senza la necessità di complessi sistemi di raffreddamento.

6. Eccellente qualità del raggio
In genere, la qualità del raggio laser si riferisce alla precisione con cui il raggio viene focalizzato, quantificato dal coefficiente M2, che idealmente equivale a 1 per la massima qualità del raggio. Tra i laser a fibra, la fibra monomodale solitamente offre le migliori prestazioni del raggio ed è quindi ampiamente utilizzata. Ad esempio, nel taglio e nella saldatura laser, la qualità del fascio abbagliante consente lunghe distanze tra il pezzo e l'oggetto messo a fuoco. Questa configurazione protegge l'ottica da detriti e fumo. Fondamentalmente, la riduzione del diametro del fascio non solo consente la fabbricazione di strutture più fini, ma consente anche l’uso di componenti ottici più piccoli ed economici.

7. Alta affidabilità
I laser a fibra sono altamente affidabili e richiedono poca manutenzione e poiché il percorso ottico è racchiuso all'interno di un rivestimento protettivo, il raggio laser è meno suscettibile alle interferenze esterne. Pertanto, i laser a fibra generalmente hanno un'eccellente stabilità in condizioni operative di temperatura elevata e vibrazioni.

Qual è la differenza tra i laser a fibra e gli altri laser?
Sebbene i vantaggi dei laser a fibra siano numerosi, è importante capire come si confrontano con la concorrenza. Come vedremo di seguito, la superiorità di un laser a fibra dipende dall'impostazione dell'applicazione e in alcuni casi un concorrente di laser a fibra potrebbe essere più adatto per il laser a fibra.

Laser a fibra e laser a blocco
Un laser bulk è un laser a stato solido che utilizza un cristallo o un vetro bulk drogato come mezzo di guadagno. I laser Nd:YAG e i laser titanio-zaffiro sono due buoni esempi. In generale, i laser a fibra hanno specifiche migliori rispetto ai laser bulk, come mostrato nella figura seguente:

Tuttavia, ciò non significa che i laser volumetrici non siano utili per la lavorazione dei materiali. Ad esempio, nella regione della lunghezza d'onda di 700-1000 nm, nessun laser a fibra può sostituire un laser Ti:zaffiro sintonizzabile. Inoltre, i laser volumetrici possono raggiungere potenze di picco più elevate e sono quindi più adatti alla lavorazione dei materiali. Oltre a ciò, i sistemi laser a fibra possono richiedere componenti speciali e un utilizzo complesso, e il loro costo più elevato può essere dannoso per l’economia.

Laser a fibra e laser a CO2
Sebbene entrambi i laser siano ottimi per il taglio dei materiali, il loro focus funzionale è in realtà diverso. Da un lato, i laser a CO2 sono ottimi strumenti per tagliare materiali non metallici come la plastica. La loro efficienza relativamente elevata e la buona qualità del raggio li rendono il tipo di laser più utilizzato nel settore.

Macchina da taglio laser CO2

D'altro canto, negli ultimi anni i laser a fibra hanno fatto progressi significativi nel taglio di lastre metalliche (principalmente acciaio inossidabile), principalmente grazie alla loro elevata velocità di taglio. A parità di potenza, la loro velocità di taglio è solitamente {{0}} volte quella dei laser ad anidride carbonica. volte. In generale, vale la pena prendere in considerazione i laser a fibra per la produzione in volumi quando si tagliano metalli di spessore pari o inferiore a 0,25 pollici, ma quando i metalli sono più spessi di 0,375 pollici, i laser CO2 offrono comunque vantaggi in termini di velocità e un'eccellente qualità di taglio. Pertanto, è improbabile che i laser a fibra sostituiscano completamente i laser a CO2 quando si tratta di taglio dei materiali.

Laser a fibra e laser a diodi diretti
I laser a diodi sono stati a lungo criticati per la bassa potenza di uscita e la scarsa qualità del raggio. Tuttavia, i recenti progressi nella tecnologia del laser a diodi diretti mostrano il suo potenziale come attore principale nella lavorazione dei materiali. I laser a diodi diretti possono tagliare il 10%-20% più velocemente dei laser a fibra. Inoltre, i laser a diodi diretti possono tagliare metalli più spessi e ottenere una rugosità superficiale inferiore. Soprattutto, sono adatti anche per la lavorazione di materiali altamente riflettenti come il rame. Al contrario, i laser a fibra hanno un’efficacia limitata a questo riguardo. Tuttavia, i laser a fibra presentano ancora enormi vantaggi in termini di qualità del raggio e maturità tecnologica. Ciò li rende una scelta eccellente per la lavorazione macroscopica dei materiali.

I laser a fibra hanno chiaramente rivoluzionato il settore dei laser. I laser a fibra offrono una serie di vantaggi chiave rispetto ad altri tipi di laser, aprendo la strada a una maggiore produttività. La scelta di mezzi di guadagno efficienti e cavità laser integrata fornisce prestazioni di uscita potenti e stabili. Il suo ingombro compatto è un punto di forza chiave per le applicazioni OEM/integrate. Tuttavia, la loro superiorità dipende fortemente dalla configurazione dell'applicazione, tenendo conto della lunghezza d'onda di uscita e della sintonizzazione limitata.

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