Co je to uhlíkové dvojkové (CO2) laser

Během klíčového období transformace a upgradu v průmyslovém sektoru vybrala Jiangpin Technology jako svůj strategický vývojový směr uhlíkové dioxide lasery. To je nejen kvůli vynikajícímu současnému rozsahu trhu a růstu, ale také proto, že odpovídá hlavním trendům budoucího průmyslu směrem k přesnosti, flexibilitě a ekologickosti. Zvláště v procesu, kdy se Čína mění z "průmyslového obra" na "průmyslovou mocnost", se stala nezávislá kontrola vysokopřesných a pokročilých laserových zařízení pro zpracování klíčovým odkazem pro zajištění bezpečnosti průmyslového řetězce. Nyní se podívejme společně na uhlíkové dioxide laser:

Pracovní princip:

I když molekuly oxidu uhlíku mohou být přímo exited na vysoké energetické úrovně, mnoho studií dokázalo, že resonanční přenos energie molekul dinitrogenu je nejúčinnější. Molekuly dinitrogenu jsou exitedy přepálením na metastabilní vibracní energetické úrovně a přenášejí excitedou energii molekulám oxidu uhlíku, když s nimi kolidují. Následně se excitedé molekuly oxidu uhlíku hlavně účastní laserových přechodů. Helium může snížit počet částic s nízkou energií v autech a také odvádět teplo. Jiné složky, jako je vodík nebo vodní pára, mohou pomoci rekoxidaci monoxidu uhličitého (CO, který vzniká během přepálení) na oxid uhličitý.

CO2 laser obvykle dokážou emitovat vlnové délky 10,6 μm, ale existuje desítky dalších laserových spektrálních čar v oblasti 9-11 μm (zejména 9,6 μm). Důvodem je, že dva různé vibrací sil carbon-dioxidu molekul mohou být použity jako nízké energetické úrovně a každá vibrace odpovídá velkému počtu rotací sil, což generuje mnoho sub-energetických úrovní. Většina komerčně dostupných CO2 laserů emituje standardní vlnovou délku 10,6 μm, ale existují i zařízení speciálně optimalizovaná pro jiné vlnové délky (například 10,25 μm nebo 9,3 μm), které jsou vhodnější pro určité aplikace, jako je laserová zpracování materiálů, protože jsou snazší absorbovat při ozařování určitých materiálů (jako polymery). Při výrobě těchto laserů a jejich používání pro osvětlení mohou být vyžadovány speciální optické součástky, protože standardní průhledné optické součástky pro 10,6 μm mohou mít příliš silné odrazy.

Výstupní výkon a efektivita:

Ve většině případů se průměrný výstupní výkon pohybuje od desítek watů po několik kilowattů. Efektivita převodu energie je asi 10%-20%, což je vyšší než u většiny plynných laserů a lampově pumpovaných tuhých látek, ale nižší než u mnoha diodně pumpovaných laserů. Z důvodu svého vysokého výstupního výkonu a dlouhé vlnové délky vyžadují CO2 lasery kvalitní infrčervené optické součásti, které jsou obvykle vyrobeny z materiálů jako selenid zinečnatý (ZnSe) nebo sulfid zinečnatý (ZnS). CO2 lasery mají vysoký výkon a vysoké napájecí napětí, což představuje vážná bezpečnostní rizika spojená s laserem. Nicméně kvůli své dlouhé pracovní vlnové délce je na nízkých intenzitách relativně bezpečný pro lidské oko.

Typy CO2 laserů:

Pro výkon lasery od několika vatů až po několik set vatů se obvykle používají uzavřené trubky nebo lasery bez toku, kde je jak laserová dutina, tak i zásobník plynu umístěn uvnitř uzavřené trubky. Odpadní teplo se přenáší na stěnu trubky difúzí (převážně díky účinku helia) nebo pomalému plynovému proudu. Tento typ laseru má kompaktní strukturu, je pevný a trvanlivý a jeho pracovní životnost může snadno dosáhnout tisíců hodin nebo dokonce déle. V tomto bodě je nutné přijmout metodu spojitého regenerování plynu, zejména katalyzací znovuoxidační reakce oxidu uhličitého na odpor proti disociaci oxidu uhličitého. Kvalita paprsku může být velmi vysoká. Vysokovýkonné difúzně chlazené desky s plynem umísťují plyn do mezery mezi párem rovinných vodou chlazených RF elektrod. Pokud je rozestup elektrod menší než jejich šířka, přebytečné teplo bude účinně přeneseno na elektrody difúzí. Pro efektivní extrakci energie se obvykle používá rezonátor ve nestacionárním stavu a výstupní koplací probíhá na straně vysokého reflektoru. Za rozumné kvality paprsku lze dosáhnout výstupního výkonu několika kilowattů. Rychlé axiální proudové lasery a rychlé krzyžové proudové lasery jsou také vhodné pro spojitý výkon několika kilowattů a vysokou kvalitu paprsku. Přebytečné teplo je odváděno rychle proudící směsí plynů, která je pak opětovně použita pro vypouštění po procházení vnějším chladicím zařízením (teplovým výměníkem). Směs plynů může být spojitě regenerována a občas nahrazena. Krzyžové lasery mohou dosáhnout nejvyššího výstupního výkonu, ale kvalita paprsku je obvykle nízká.

Druh laterálně pobuzeného atmosférického laseru má velmi vysoký tlak (asi jedna atmosféra). Protože napětí potřebné pro longitudinální vypálení je příliš vysoké, je nutné použít řadu elektrod uvnitř trubky pro transverzální exitu. Tento laser funguje pouze v pulzním režimu, protože plynové vypálení je nestabilní při vysokém napětí. Průměrná výstupní výkon je obvykle méně než 100 wattů, ale mohou také dosahovat desítek kilowattů (spojené s vysokou frekvencí opakování pulzu).
Tužné lasery jsou lasery založené na tužném mediálním zesilovači (jako krystaly nebo skla dovolená řídícími prvky nebo přechodnými kovy), které mohou generovat výstupní výkon od několika milivátů až po několik kilovátů. Mnoho tužných laserů používá bleskové lampy nebo obloukové lampy pro optické nasvěcování. Tyto zdroje nasvěcování jsou relativně levné a mohou poskytovat velmi vysoký výkon, ale jejich účinnost je poměrně nízká, životnost je průměrná a v zesilovacím prostředku se objevují silné tepelné účinky, jako je tepelné čočkování. Laserové diody se nejčastěji používají k nasvěcování tužných laserů a tyto laserem nasvěcované tužné lasery (DPSS lasery, též známé jako plně tužné lasery) mají mnoho výhod, jako je kompaktní instalace, dlouhá životnost a vynikající kvalita paprsku. Jejich pracovní režim může být spojitý proud, tedy mohou generovat spojitý laserový výstup, nebo pulzní typ, tedy mohou vyprodukovat krátké vysokovýkonnostní laserové pulsy.

Lasery oxidu uhelnatého, díky svým jedinečným výhodám vlnové délky a široké přizpůsobitelnosti materiálů, prokázaly nahradiťelnou strategickou hodnotu v globálním průmyslovém zpracování, lékařské estetice a oboru nových zdrojů energie. Přestože čelí konkurenčnímu tlaku z optických vláken v oblasti zpracování kovů, technologie lasérů oxidu uhelnatého stále drží jádrová konkurenceschopná výhoda a široký prostor pro inovace v specializovaných oblastech, jako je zpracování nekovekých materiálů, vysokopřesné odloupávání barvy a hluboké ošetření pleti.

Pro Jiangpin Technology by mělo využít historické příležitosti, kterou přináší modernizace čínského průmyslu a globální energetická transformace, a zaměřit se na tři hlavní směry: průlomy v oblasti vysoké výkonové stability (např. řešení „teplotního ztmavení“), vývoj specializovaných scénářů (zpracování vybavení pro novou energii) a vytváření přizpůsobených řešení pro malé a střední podniky. Tím, že vytvoří systém spolupráce na inovaci „průmysl-univerzita-výzkum-aplikace“ a integruje se do regionálního průmyslového clusterového ekosystému, je očekáváno, že Jiangpin Technology dosáhne strategické transformace od technologického následovníka k inovačnímu vůdci během klíčového období technologické revoluce a restrukturalizace trhu s oxidem uhličitým laserů.