Was ist ein Kohlendioxidlaser

Während der kritischen Phase der Umstrukturierung und Modernisierung in der Fertigungsindustrie hat Jiangpin Technology den Kohlendioxid-Laser als strategische Entwicklungsrichtung gewählt. Dies liegt nicht nur an seiner herausragenden aktuellen Markgröße und Wachstumsrate, sondern auch daran, dass es mit den Kernströmungen der zukünftigen Fertigung hin zu Präzision, Flexibilität und Nachhaltigkeit übereinstimmt. Insbesondere im Prozess der Transformation Chinas von einer "Fertigungsmacht" zu einem "Fertigungsgiganten" ist die eigenständige Kontrolle hochpräziser und fortschrittlicher Laserbearbeitungsanlagen ein Schlüsselglied zur Sicherstellung der Sicherheit der Wertschöpfungskette. Schauen wir uns nun gemeinsam den Kohlendioxid-Laser an:

Arbeitsprinzip:

Obwohl Kohlendioxidmoleküle direkt auf hohe Energieebenen angeregt werden können, haben viele Studien bewiesen, dass der resonante Energietransfer von Stickstoffmolekülen am wirksamsten ist. Stickstoffmoleküle werden durch Entladung auf metastabile Schwingungsenergieebenen angeregt und übertragen die angeregte Energie an Kohlendioxidmoleküle, wenn sie mit ihnen kollidieren. Anschließend nehmen die angeregten Kohlendioxidmoleküle hauptsächlich an Lasübergängen teil. Helium kann die Anzahl der Niedrig-Energie-Teilchen in Lasern reduzieren und auch Wärme abführen. Andere Bestandteile, wie Wasserstoff oder Wasserdampf, können dabei helfen, Kohlenmonoxid (CO, das während der Entladung entsteht) zu Kohlendioxid zu oxidieren.

CO2-Laser können typischerweise Wellenlängen von 10,6 μm emittieren, es gibt jedoch Dutzende anderer Laserspektrollinien im Bereich von 9-11 μm (insbesondere 9,6 μm). Dies liegt daran, dass die zwei verschiedenen Schwingungskräfte von Kohlendioxidmolekülen als Niveau mit niedriger Energie genutzt werden können und jede Schwingungskraft einer großen Anzahl an Rotationskräften entspricht, wodurch viele Sub-Energieniveaus erzeugt werden. Die meisten kommerziell erhältlichen CO2-Laser emittieren die Standardwellenlänge von 10,6 μm, es gibt jedoch auch einige Geräte, die speziell für andere Wellenlängen (wie 10,25 μm oder 9,3 μm) optimiert sind, und diese Geräte eignen sich besser für bestimmte Anwendungen wie Laser-Materialbearbeitung, da sie leichter absorbiert werden, wenn sie auf bestimmte Materialien (wie Polymere) aufgetragen werden. Bei der Herstellung solcher Laser und ihrer Nutzung zur Beleuchtung können spezielle optische Komponenten erforderlich sein, da standardmäßige 10,6 μm durchlassende optische Komponenten möglicherweise zu stark reflektieren.

Ausgabeleistung und Effizienz:

In den meisten Fällen liegt die durchschnittliche Ausgabeleistung zwischen einigen Watt und mehreren Kilowatt. Die Leistungsübertragungseffizienz beträgt ungefähr 10%-20%, was höher ist als bei den meisten Gaslasern und lampengespeisten Festkörperlaser, aber niedriger als bei vielen diodengespeisten Lasern. Aufgrund ihrer hohen Ausgabeleistung und langer Emissionswelle benötigen CO2-Laser hochwertige Infrarotoptikkomponenten, die normalerweise aus Materialien wie Zinkselenid (ZnSe) oder Zinksulfid (ZnS) hergestellt werden. CO2-Laser haben eine hohe Leistung und eine hohe Betriebsspannung, was ernsthafte Laser-Sicherheitsprobleme mit sich bringt. Aufgrund ihrer langen Wellenlänge ist sie jedoch bei niedrigen Intensitäten relativ sicher für das menschliche Auge.

CO2-Lasertypen:

Bei einer Laserleistung von einigen Watt bis zu mehreren hundert Watt werden in der Regel versiegelte Röhren oder strömungsfreie Lasers verwendet, bei denen sowohl die Laserhöhle als auch die Gasversorgung innerhalb der versiegelten Röhre liegen. Abwärme wird über Diffusion (hauptsächlich durch den Helium-Effekt) oder eine langsame Gasströmung an die Rohrwand abgegeben. Diese Art von Laser ist kompakt im Aufbau, robust und langlebig, und seine Lebensdauer kann leicht Tausende von Stunden oder noch länger betragen. An dieser Stelle muss eine Methode zur kontinuierlichen Wiedererzeugung des Gases angewendet werden, insbesondere durch Katalysieren der Reoxidation von Kohlenmonoxid, um die Zersetzung von Kohlendioxid entgegenzuwirken. Die Strahlqualität kann sehr hoch sein. Hochleistungs-Diffusionskühl-Lasers mit Plattenbauweise lagern das Gas in der Lücke zwischen einem Paar planarer wassergekühlter RF-Elektroden. Wenn der Elektrodenspalt kleiner als die Elektrodenbreite ist, wird der überschüssige Wärmestrom effektiv durch Diffusion auf die Elektroden übertragen. Um Energie effizient zu extrahieren, wird normalerweise ein nicht-stationärer Resonator eingesetzt, und die Auskopplung erfolgt an der Seite des Hochreflektors. Bei vernünftiger Strahlqualität kann eine Ausgangsleistung von mehreren Kilowatt erreicht werden. Schnell-axial-strömende Lasers und schnell-querdurchfließende Lasers sind ebenfalls geeignet für kontinuierliche Wellen-Ausgangsleistungen von mehreren Kilowatt und hohe Strahlqualität. Der überschüssige Wärmestrom wird durch das schnell fließende Gemischgas abgeführt, das dann nach Durchlaufen eines externen Kühlgers (Wärmetauscher) wieder für die Entladung genutzt wird. Das Gemischgas kann kontinuierlich regeneriert und gelegentlich ersetzt werden. Querdurchfließende Lasers können die höchste Ausgangsleistung erzielen, aber die Strahlqualität ist normalerweise gering.

Der Druck des lateral erregten atmosphärischen Lasers ist sehr hoch (ungefähr eine Atmosphäre). Da die für eine longitudinale Entladung benötigte Spannung zu hoch ist, muss eine Reihe von Elektroden im Inneren der Röhre für die transversale Erregung verwendet werden. Dieser Laser funktioniert nur im Pulsmodus, da unter hohen Spannungen die Gasentladung instabil ist. Ihre durchschnittliche Ausgangsleistung beträgt normalerweise weniger als 100 Watt, kann jedoch auch Zehntausende von Watt erreichen (in Kombination mit einer hohen Pulswiederholrate).
Festkörperlaser sind Laser, die auf festen Verstärkungsmedien basieren (wie Kristalle oder Gläser, die mit seltenerden oder Übergangsmetallionen dotiert sind), die Ausgangsleistungen im Bereich von einigen Milliwatt bis zu einigen Kilowatt erzeugen können. Viele Festkörperlaser verwenden Blitzlampen oder Bogenlampen zur Lichtpumpe. Diese Pumpschienen sind relativ kostengünstig und können sehr hohe Leistungen liefern, aber ihre Effizienz ist ziemlich niedrig, ihre Lebensdauer durchschnittlich, und es treten starke thermische Effekte im Verstärkungsmedium auf, wie der thermische Linseneffekt. Laserdioden werden am häufigsten verwendet, um Festkörperlaser zu pumpen, und diese lasergesteuerten Festkörperlaser (DPSS-Laser, auch als Voll-Festkörperlaser bekannt) haben viele Vorteile, wie kompakte Installation, lange Lebensdauer und exzellente Strahlqualität. Ihr Arbeitsmodus kann kontinuierlich sein, das heißt, er kann einen kontinuierlichen Laseroutput erzeugen, oder pulsartig, das heißt, er kann kurze, hochleistungsfähige Laserpulse produzieren.

Kohlenstoffdioxid-Lasern, aufgrund ihrer einzigartigen Wellenlängenvorteile und ihrer breiten Materialanpassbarkeit, hat sich in globalen Bereichen wie Industriebearbeitung, medizinischer Ästhetik und Neuernergiefeldern unersetzlicher strategischer Wert gezeigt. Trotz des wettbewerbsbedingten Drucks durch Faserlasertechnologie im Bereich der Metallbearbeitung, behält die Kohlenstoffdioxid-Lasertechnologie weiterhin kerntechnische Wettbewerbsvorteile und ein breites Innovationspotenzial in spezialisierten Gebieten wie der Bearbeitung von Nichtmetallen, hocho genauer Farbabschärfung und tiefer Hautbehandlung.

Für Jiangpin Technology sollte es die historischen Gelegenheiten nutzen, die durch das Upgrade der chinesischen Fertigungsindustrie und den weltweiten Energieübergang geboten werden, und sich auf drei Hauptrichtungen konzentrieren: Durchbrüche in der Hochleistungsstabilität (wie das Bewältigen des „Temperaturquenching“-Effekts), Entwicklung von spezialisierten Szenarien (Verarbeitung von Erneuerbare-Energie-Anlagen) und maßgeschneiderte Lösungen für kleine und mittlere Unternehmen. Durch die Schaffung eines kooperativen Innovationsystems von „Wirtschaft-Hochschule-Forschung-Anwendung“ und die Integration in das regionale Industriecluster-Ökosystem wird Jiangpin Technology erwartet, eine strategische Transformation von einem Technologie-Nachahmer zu einem Innovationsführer während der entscheidenden Phase der technologischen Revolution und Marktwiederherstellung der Kohlenstoffdioxid-Laser zu vollziehen.