ما هو ليزر ثاني أكسيد الكربون

خلال الفترة الحرجة من التحول والترقية في صناعة التصنيع، اختارت شركة جيانغ بين تكنولوجي الليزر ثاني أكسيد الكربون كاتجاه استراتيجي للتنمية. وهذا ليس فقط بسبب حجم السوق الحالي المميز ونسبة النمو المرتفعة، ولكن أيضًا لأنه يتماشى مع الاتجاهات الأساسية لمستقبل التصنيع نحو الدقة والمرونة والاستدامة. وبالأخص خلال عملية تحول الصين من "عملاق التصنيع" إلى "قوة تصنيعية"، أصبحت السيطرة المستقلة على معدات المعالجة بالليزر عالية الدقة والمتطورة رابطًا أساسيًا لضمان أمان سلسلة الصناعة. الآن دعونا نلقي نظرة معًا على ليزر ثاني أكسيد الكربون:

المبدأ العملي:

على الرغم من أن جزيئات ثاني أكسيد الكربون يمكن إثارة مباشرة إلى مستويات طاقة عالية، فقد أثبتت العديد من الدراسات أن نقل الطاقة بالرنين لجزيئات النيتروجين هو الأكثر فعالية. يتم إثارة جزيئات النيتروجين عن طريق التفريغ إلى مستويات طاقة اهتزازية مستقرة ونقل الطاقة المثارة إلى جزيئات ثاني أكسيد الكربون عند تصادمها بها. بعد ذلك، تشارك جزيئات ثاني أكسيد الكربون المثارة بشكل أساسي في انتقال الليزر. يمكن للهيليوم تقليل عدد الجسيمات ذات الطاقة المنخفضة في الليزر وحمل الحرارة بعيدًا. يمكن للمكونات الأخرى مثل الهيدروجين أو بخار الماء مساعدة إعادة أكسدة أول أكسيد الكربون (CO، الذي يتشكل أثناء التفريغ) إلى ثاني أكسيد الكربون.

تتميز أشعة الليزر الكربوني عادةً بإمكانية إصدار طول موجي يبلغ 10.6 ميكرون، ولكن هناك العشرات من الخطوط الطيفية للليزر في نطاق 9-11 ميكرون (وخاصةً 9.6 ميكرون). السبب في ذلك هو أنه يمكن استخدام القوتين الاهتزائيتين المختلفتين لجزيئات ثاني أكسيد الكربون كمستويات طاقة منخفضة، وكل قوة اهتزازية تتوافق مع عدد كبير من القوى الدورانية، مما يؤدي إلى إنشاء العديد من المستويات الفرعية للطاقة. معظم الليزرات الكربونية المتاحة تجارياً تصدر الطول الموجي القياسي البالغ 10.6 ميكرون، لكن هناك بعض الأجهزة التي تم تحسينها خصيصاً لأطوال موجية أخرى (مثل 10.25 ميكرون أو 9.3 ميكرون)، وهذه الأجهزة تكون أكثر ملاءمة لبعض التطبيقات مثل معالجة المواد بالليزر لأنها تُمتص بسهولة أكبر عند إشعاعها على مواد معينة (مثل البوليمرات). قد تكون مكونات ضوئية خاصة ضرورية عند تصنيع مثل هذه الليزرات واستخدامها للإضاءة، حيث قد يكون لدى المكونات الضوئية القياسية ذات الطول الموجي 10.6 ميكرون انعكاسات قوية للغاية.

القدرة الإخراجية والكفاءة:

في معظم الحالات، تتراوح القدرة الإخراجية المتوسطة من العشرات من الواط إلى عدة كيلوواط. تكون كفاءة تحويل الطاقة حوالي 10%-20%， وهي أعلى من تلك الخاصة بالليزر الغازي وأغلب الليزر الصلبة المضخمة بالمصابيح، لكنها أقل من العديد من الليزر المضخمة بـLED. بسبب قدرتها الإخراجية العالية وطول موجة الإشعاع الطويل، يتطلب الليزر CO2 مكونات بصرية تحت الحمراء عالية الجودة، والتي عادة ما تصنع من مواد مثل سيلينيد الزنك (ZnSe) أو سلفيد الزنك (ZnS). يمتلك الليزر CO2 قوة عالية وفولتية تشغيل مرتفعة، مما يشكل مشكلات خطيرة فيما يتعلق بأمان الليزر. ومع ذلك، بسبب طول موجته العاملة الطويلة، فهو نسبيًا آمن للعين البشرية عند مستويات شدة منخفضة.

أنواع ليزر CO2:

لقوة الليزر التي تتراوح بين بضعة واط إلى عدة مئات من الواط، يتم استخدام أنابيب مغلقة أو ليزر بدون تدفق عادةً، حيث تكون كل من التجويف الليزري ومصدر الغاز داخل الأنبوب المغلق. يتم نقل الحرارة الزائدة إلى جدار الأنابيب عن طريق الانتشار (بشكل أساسي تأثير الهيليوم) أو تدفق غاز بطيء. هذا النوع من الليزر يتميز ببنية مدمجة، متينة ودائمة، ويمكن لفترة عمله أن تصل بسهولة إلى آلاف الساعات أو حتى أكثر. في هذه المرحلة، يجب اعتماد طريقة تجديد الغاز بشكل مستمر، خاصةً عن طريق التحفيز لإعادة أكسدة أول أكسيد الكربون لمكافحة فك ترابط ثاني أكسيد الكربون. يمكن أن تكون جودة الشعاع مرتفعة جدًا. الليزر ذو اللوحة المبردة بالانتشار والقوي يضع الغاز في الفراغ بين زوج من الأقطاب الكهربائية الراديوية المبردة بالماء. إذا كان الفاصل بين الأقطاب أقل من عرض القطب، فإن الحرارة الزائدة سيتم نقلها بكفاءة إلى الأقطاب عبر الانتشار. لتحقيق استخراج الطاقة بكفاءة، يتم عادةً استخدام مُردد غير ثابت، ويتم ربط الإخراج على الجانب ذي الانعكاس العالي. تحت جودة شعاع معقولة، يمكن تحقيق قوة إخراج تصل إلى عدة كيلووات. الليزر ذو التدفق المحوري السريع والليزر ذو التدفق العرضي السريع مناسبان أيضًا للطاقة المستمرة والموجية بقوة تصل إلى عدة كيلووات وجودة شعاع عالية. يتم حمل الحرارة الزائدة بواسطة الغاز المختلط الذي يتدفق بسرعة، ثم يتم إعادة استخدامه بعد مروره عبر مبرد خارجي (مبادل حراري). يمكن تجديد الغاز المختلط باستمرار واستبداله بشكل دوري. يمكن للليزر ذو التدفق العرضي تحقيق أعلى قوة إخراج، لكن جودة الشعاع تكون عادة منخفضة.

ضغط الليزر الجوي الم-excited لاحقًا مرتفع جدًا (حوالي جو واحد). نظرًا لأن الجهد المطلوب لإثارة الطولية مرتفع جدًا، يتم استخدام سلسلة من الأقطاب الكهربائية داخل الأنبوب للإثارة العرضية. هذا النوع من الليزر يعمل فقط في وضع النبضات لأن تفريغ الغاز غير مستقر تحت الجهد العالي. متوسط قوة الإخراج لديهم عادة أقل من 100 واط، لكنها يمكن أن تصل أيضًا إلى عشرات الكيلوواط (مع تكرار معدل النبض العالي).
الليزر الصلب هو ليزر يعتمد على وسائط تعزيز صلبة (مثل بلورات أو زجاج مضاف إليه أيونات نادرة الأرض أو معادن انتقالية)، والتي يمكنها توليد قوة خرج تتراوح بين بضعة ميليوات إلى عدة كيلووات. يستخدم العديد من الليزرات الصلبة مصابيح فلاش أو مصابيح قوس كمصدر ضوئي للضخ. هذه مصادر الضخ رخيصة نسبيًا ويمكنها توفير قدرة عالية جدًا، لكن كفاءتها منخفضة، ومتوسط عمرها قصير، وهناك تأثيرات حرارية قوية في وسيط التعزيز مثل تأثير العدسة الحرارية. يتم استخدام دiodes الليزر بشكل شائع لضخ الليزرات الصلبة، وهذه الليزرات الصلبة المضخمة بالليزر (DPSS lasers، والمعروفة أيضًا بالليزرات الصلبة بالكامل) لديها العديد من المزايا مثل التركيب المدمج، العمر الطويل، وجود جودة شعاع ممتازة. يمكن أن يكون نمط عملها مستمرًا، أي يمكنه إنتاج خرج ليزر مستمر، أو نبضي، أي يمكنه إنتاج نبضات ليزرية قصيرة ذات قوة عالية.

لазرات ثاني أكسيد الكربون، بفضل ميزاتها الفريدة من نوعها في الطول الموجي ومواءمتها الواسعة مع المواد المختلفة، أظهرت قيمة استراتيجية لا تُعوض في مجالات المعالجة الصناعية العالمية والجمال الطبي ومجالات الطاقة الجديدة. وعلى الرغم من الضغط التنافسي الناتج عن الليزر الأليافي في مجال معالجة المعادن، لا يزال تقنية ليزر ثاني أكسيد الكربون تحظى بمزايا تنافسية أساسية ومساحة واسعة للابتكار في المجالات المتخصصة مثل معالجة المواد غير المعدنية، وتقشير الطلاء بدقة عالية ومعالجة الجلد العميقة.

لشركة جيانغ بين تكنولوجي، يجب أن تستغل الفرص التاريخية التي تقدمها عملية ترقية صناعة التصنيع الصينية والانتقال العالمي للطاقة، وتركز على ثلاثة اتجاهات رئيسية: تحقيق تقدم في استقرار القدرات العالية (مثل معالجة تأثير "تقليل درجة الحرارة")، تطوير سيناريوهات متخصصة (معالجة معدات الطاقة الجديدة)، وتقديم حلول مخصصة للمؤسسات الصغيرة والمتوسطة. من خلال بناء نظام ابتكاري تعاوني يجمع بين "الصناعة والجامعة والبحث والتطبيق" والاندماج في نظام البيئة التجمعية للصناعات الإقليمية، من المتوقع أن تحقق شركة جيانغ بين تكنولوجي تحولاً استراتيجياً من كونها متابعة للتكنولوجيا إلى قائد في الابتكار خلال الفترة الحاسمة لثورة التكنولوجيا وإعادة بناء السوق الخاصة بلazers ثاني أكسيد الكربون.