Какво е въглероден диоксид (CO2) лазер

През критичния период на трансформация и модернизация в производствената индустрия, Jiangpin Technology избра углероден диоксид лазерите като стратегическа посока за развитие. Това не е само поради нейния впечатляващ текущ пазарен размер и темп на растеж, но също така защото се съвпада с основните тенденции на бъдещото производство към прецизност, гъвкавост и зеленост. Специално в процеса на превръщането на Китай от "производствена гигант" в "производствена сила", самостоятелният контрол на високопрецизните и modenите лазерни обработки става ключова връзка за гарантиране на сигурността на производствената верига. Сега нека разгледаме заедно углероден диоксид лазера:

Работен принцип:

Въпреки че молекулите на углероден диоксид могат да бъдат директно возбудени до високо енергийни нива, много проучвания доказаха, че резонансното прехвърляне на енергия от азотните молекули е най-ефективното. Азотните молекули се возбуждат през разрядката до метастабилни вибрационни енергийни нива и прехвърлят возбудената енергия на молекулите на углероден диоксид, когато се сблъскват с тях. След това возбудените молекули на углероден диоксид главно участват в лазерните транситии. Хелият може да намали броя на нискотоенергийните частици в лазерите и също така да отнася източника. Други компоненти, като водород или водяна пара, могат да помогнат за повторното окисляване на въглероден оксид (CO, образуван по време на разряд) до углероден диоксид.

Лазерите на CO2 обикновено са способни да излъчват дължини на вълната от 10.6 μм, но има десетки други лазерни спектрални линии в региона от 9-11 μм (особено 9.6 μm). Това е поради това, че двете различни вибрационни сили на молекулите на двуокис углерод могат да се използват като нискоенергийни нива, и всяка вибрационна сила отговаря на голям брой ротационни сили, което води до образуването на много под-енергийни нива. Повечето комерсиално достъпни лазери на CO2 излъчват стандартната дължина на вълната от 10.6 μm, но съществуват и някои устройства, специално оптимизирани за други дължини на вълната (например 10.25 μm или 9.3 μm), които са по-подходящи за определени приложения, като лазерната материална обработка, тъй като се абсорбира по-лесно при ирациране на някои материали (като полимери). При производството на такива лазери и техното използване за осветляване може да се изискват специални оптични компоненти, тъй като стандартните трансмисивни оптични компоненти на 10.6 μm могат да имат прекалено силни отражения.

Изходна мощност и ефективност:

В повечето случаи средната изходна мощност се намира между десетки ватове и няколко киловата. Ефективността на преобразуване на мощността е приблизително 10%-20%, което е по-високо от това на повечето газови лазери и лазери с твърди тела, пумпани с лампи, но по-ниско от това на много диодни лазери. Благодарение на неговата висока изходна мощност и дълга дължина на вълната, CO2 лазерите изискват висококачествени инфрачервени оптични компоненти, които обикновено се правят от материали като цинк селен (ZnSe) или цинк сульфид (ZnS). CO2 лазерите имат висока мощност и високо работно напрежение, което води до сериозни проблеми с лазерната безопасност. Всичко пак, поради неговата дълга работна дължина на вълната, той е относително безопасен за човешкото око при ниски интензивности.

Видове CO2 лазери:

За лазерна мощност, която се намира между няколко ватове и няколко стотини ватове, обикновено се използват запечатани труби или лазери без ток. Лазерната камера и газовият доставчик са разположени вътре в запечатаната тръба. Излишната топлина се предава на стенката на тръбата чрез дифузия (основно ефектът на хелия) или бавен газов поток. Този тип лазер е компактен по конструкция, прочен и надежден, а неговият ресурс може лесно да достигне хиляди часове или дори повече. В този момент трябва да се приложи методът за непрекъснато регенериране на газа, особено чрез каталитичното повторно окисляване на въглероден оксид, за да се противодейства на диссоциацията на въглероден диоксид. Качеството на лъчa може да е много високо. Високомощни дифузионно охлаждащи плоски лазери разпределят газа в променливостта между двойка равнинни водени охлаждани РЧ електроди. Ако разстоянието между електродите е по-малко от ширината на електрода, излишната топлина ще бъде ефективно предадена до електродите чрез дифузия. За да се извлича енергия ефективно, обикновено се използва нестационарен резонатор, а свързването се осъществява от страната на високорефлектиращото зъркало. При разумно качеството на лъча може да се постигне изходна мощност от няколко киловатове. Бързо протичащи осяно лазери и бързо поперечни потоци с лазери също са подходящи за непрекъснато вълново изходно излъчване с мощност от няколко киловатове и високо качество на лъча. Излишната топлина се отнася от бързо протичащия смесен газ, който след това се използва отново за разряд след минаването през външен охладител (теплов размяна). Смесеният газ може да се регенерира постоянно и да се заменя периодично. Поперечните потоци могат да постигнат най-високата изходна мощност, но качеството на лъча обикновено е ниско.

Налягането на лазера с атмосферно възбудяване е много високо (приблизително една атмосфера). Защото напрежението, необходимо за продължително разрядване, е твърде високо, трябва да се използват редица електроди вътре в трубата за поперечно възбудяване. Този лазер работи само в импулсен режим, тъй като газовото разрядване е нестабилно при високо напрежение. Средната им изходна мощност обикновено е по-малка от 100 ват, но те могат също така да достигнат десетки киловат (съчетани с висока честота на импулсното повторение).
Твърдото лазерно излъчване са лазери, базирани на твърди медии за усилване (като кристали или стъкло, допирани с редки земи или переходни метални иони), които могат да генерират изходна мощност от няколко миливатта до няколко киловатта. Много твърди лазери използват блиц-лампи или дугови лампи за оптичен насочен свет. Тези източници за насочване са относително евтини и могат да предоставят много висока мощност, но ефективността им е доста ниска, жизненият им цикъл е среден, а в медията за усилване има силни термични ефекти, като термичния линзова ефект. Лазерните диоди най-често се използват за насочване на твърди лазери, а тези лазерни насочени твърди лазери (DPSS лазери, известни още като цели твърди лазери) имат много предимства, като компактна инсталация, дълг живот и отлично качество на лъч. Режимът им на работа може да е непрекъснат, т.е. да генерира непрекъснато лазерно излъчване, или пулсов, т.е. да произвежда кратковремени високомощни лазерни пълси.

Углеродните диоксидни лазери, с техния уникален дължинен предимство и широка материала адаптивност, са показали незаменима стратегическа стойност в световната индустриална обработка, медицинска естетика и нови енергийни области. Въпреки конкурентното налягане на волоконните лазери в областта на металната обработка, технологията на углероден диоксиден лазер все още притежава основни конкурентни предимства и широк простор за иновации в специализирани области като не металната обработка, високопrecизното отстраняване на боя и дълбока кожна терапия.

За Jiangpin Technology трябва да се възползва от историческите възможности, предложени от модернизацията на производството в Китай и глобалния енергетичен преход, и да се фокусира върху три основни посока: прориви в стабилността на високата мощност (например решаване на ефекта "температурна квентинг"), развитие на специализирани сценарии (обработка на оборудване за нова енергия) и персонализирани решения за малките и средните предприятия. Чрез създаване на системата за синергична иновация „промишленост-университет-изследване-приложение“ и интегриране в регионалната индустриална кластерова екосистема, Jiangpin Technology се надява да постигне стратегическа трансформация от технологически последовател до иновационен лидер през критичния период на технологическата революция и пазарното преобразуване на двуокис углерод лазерите.