Wat is een koolstofdioxide-laser

Tijdens de kritieke periode van transformatie en upgraden in de fabricage-industrie, heeft Jiangpin Technology gekozen voor CO2-lasers als strategische ontwikkelingsrichting. Dit komt niet alleen door zijn uitstekende huidige marktgroote en groeisnelheid, maar ook omdat het aansluit bij de kern trends van toekomstige fabricage richting precisie, flexibiliteit en duurzaamheid. Vooral in het proces waar China zich transformeert van een "fabricagegigant" naar een "fabricagemacht", is de zelfstandige controle van hoog-precieze en geavanceerde laserbewerkingsapparatuur geworden tot een sleutelring om de veiligheid van de industriële keten te garanderen. Laten we nu samen een blik werpen op de CO2-laser:

Werkingsbeginsel:

Hoewel koolstofdioxide-moleculen direct kunnen worden opgewekt naar hoge energieniveaus, hebben veel studies aangetoond dat de resonantie-energieoverdracht van stikstofmoleculen het meest effectief is. Stikstofmoleculen worden door ontlading opgewekt naar meta-stabiele trillingsenergieniveaus en transfereren de opgewekte energie naar koolstofdioxide-moleculen wanneer ze met hen botsen. Vervolgens nemen de opgewekte koolstofdioxide-moleculen voornamelijk deel aan laserovergangen. Helium kan het aantal lage-energie-deeltjes in lasers verminderen en ook warmte weghalen. Andere componenten, zoals waterstof of waterdamp, kunnen helpen om koolmonoxide (CO, gevormd tijdens de ontlading) opnieuw te oxideren tot koolstofdioxide.

CO2-lasers zijn doorgaans in staat golflengtes van 10,6 μm uit te zenden, maar er zijn tientallen andere laserspectrale lijnen in de 9-11 μm regio (vooral 9,6 μm). Dit komt doordat de twee verschillende trillingskrachten van koolstofdioxide-moleculen kunnen worden gebruikt als lage energieniveaus, en elke trillingskracht komt overeen met een groot aantal rotatiekrachten, waardoor veel sub-energieniveaus worden gegenereerd. De meeste commercieel verkrijgbare CO2-lasers geven de standaardgolflengte van 10,6 μm af, maar er zijn ook apparaten die specifiek zijn geoptimaliseerd voor andere golflengtes (zoals 10,25 μm of 9,3 μm), en deze apparaten zijn geschikter voor bepaalde toepassingen zoals laser materiaalbewerking omdat ze gemakkelijker worden opgenomen bij het bestrijden van bepaalde materialen (zoals polymeren). Bij het vervaardigen van dergelijke lasers en hun gebruik voor verlichting kunnen speciale optische componenten vereist zijn, aangezien standaard transmissieve 10,6 μm optische componenten mogelijk te sterke reflecties hebben.

Uitkomstvermogen en efficiëntie:

In de meeste gevallen ligt het gemiddelde uitkomstvermogen tussen enkele tientallen watt en verschillende kilowatt. De vermogensconversie-efficiëntie bedraagt ongeveer 10%-20%, wat hoger is dan bij de meeste gaslaser en lampengepompte vaste-stoffenlaser, maar lager dan bij veel diode-gepompte laser. Vanwege hun hoog uitkomstvermogen en lange emissiegolflengte hebben CO2-laser hoge-kwaliteit infrarood optische onderdelen nodig, die doorgaans gemaakt worden van materialen zoals zinkselenide (ZnSe) of zinksulfide (ZnS). CO2-laser hebben een hoog vermogen en een hoge aandrijfspanning, wat ernstige lasers veiligheidsproblemen oplevert. Toch is het relatief veilig voor het menselijk oog op lage intensiteiten vanwege zijn lange werkingsgolflengte.

CO2-laser typen:

Voor een laserkracht die varieert van enkele watts tot honderden watts, worden doorgaans gesloten buizen of vloeistofvrije lasers gebruikt, waarbij zowel de laserholte als de gasvoorziening zich binnen de gesloten buis bevinden. Afvalwarmte wordt via diffusie (hoofdzakelijk het effect van helium) of traag gasverloop overgedragen aan de buiswand. Dit type laser heeft een compacte structuur, is sterk en duurzaam, en zijn werkzame levensduur kan gemakkelijk duizenden uren of zelfs langer bedragen. Op dit punt moet een methode voor continue gasregeneratie worden toegepast, met name door katalytische heroxidatie van koolmonoxide om te compenseren voor de dissociatie van koolstofdioxide. De straalkwaliteit kan zeer hoog zijn. Hoog vermogende diffusie-gekoelde plaatlasers plaatsen gas in de ruimte tussen een paar watergekoelde RF-electroden. Als de elektrodenafstand kleiner is dan de elektrodenv breedte, zal het overbodige warmte efficiënt via diffusie naar de elektroden worden overgedragen. Om energie efficiënt te onttrekken, wordt doorgaans een niet-stationaire resonator gebruikt, en wordt uitkoppeling uitgevoerd aan de zijde van de hoge reflector. Bij redelijke straalkwaliteit kan een uitkomstvermogen van enkele kilowatt worden bereikt. Snelle assenstroomlasers en snelle kruisstroomlasers zijn ook geschikt voor een continu golfuitkomstvermogen van enkele kilowatt en hoge straalkwaliteit. Het overbodige warmte wordt meegenomen door de snel stromende menggas, dat daarna na passage door een externe koeler (warmteomwisselaar) opnieuw wordt gebruikt voor ontlading. Het menggas kan continu worden geregenereerd en af en toe vervangen. Kruisstroomlasers kunnen het hoogste uitkomstvermogen bereiken, maar de straalkwaliteit is doorgaans laag.

De druk van de lateraal aangezette atmosferische laser is zeer hoog (ongeveer één atmosfeer). Omdat de spanning die nodig is voor een longitudinale ontlading te hoog is, wordt een reeks elektroden binnenin de buis gebruikt voor transversale opwekking. Deze laser werkt alleen in pulsmodus omdat gasontlading onder hoge spanning onstabiel is. Hun gemiddelde uitkomstvermogen is meestal minder dan 100 watt, maar ze kunnen ook tot tientallen kilowatt bereiken (gecombineerd met een hoge puls herhalingsfrequentie).
Vastestoflaser zijn laser die gebaseerd zijn op vastestofversterkingsmedia (zoals kristallen of glazen gedopeerd met zeldmetaal- of overgangsmetaalionen), die uitkomstvermogen kunnen genereren dat varieert van enkele milliwatt tot enkele kilowatt. Veel vastestoflaser gebruiken flitser of booglampen voor lichtpompen. Deze pompsystemen zijn relatief goedkoop en kunnen zeer hoge kracht leveren, maar hun efficiëntie is tamelijk laag, hun levensduur gemiddeld, en er zijn sterke thermische effecten in het versterkingsmedium, zoals het thermische lenzeffect. Laserdioden worden meestal gebruikt om vastestoflaser te pompen, en deze laser gepumpte vastestoflaser (DPSS-laser, ook wel volledig vastestoflaser genoemd) hebben vele voordelen, zoals compacte installatie, lange levensduur en uitstekende straalkwaliteit. Hun werkmodus kan een continu golfpatroon zijn, dat wil zeggen dat het continue laseruitkomst kan genereren, of puls type, dat wil zeggen dat het korte tijdsintervallen met hoge-kracht laserpulsen kan produceren.

Koolstofdioxide-lasers, met hun unieke golflengtevoordelen en brede materiaaladaptabiliteit, hebben onmisbare strategische waarde getoond in wereldwijde industriële verwerking, medische esthetica en het veld van nieuwe energie. Ondanks de competitieve druk van vezellasers in het gebied van metaalverwerking, houdt de koolstofdioxide-laser technologie nog steeds kerncompetitieve voordelen en ruime innovatieruimte in gespecialiseerde gebieden zoals niet-metaalverwerking, hoog-nauwkeurige verfspuiting en diepe huidbehandelingen.

Voor Jiangpin Technology moet het de historische kansen aangrijpen die worden geboden door de modernisering van de Chinese productie-industrie en de wereldwijde energietransitie, en zich richten op drie belangrijke richtingen: doorbraak in hoogvermogensstabiliteit (zoals het aanpakken van het "temperatuurquenching"-effect), ontwikkeling van gespecialiseerde scenario's (verwerking van nieuw energieapparatuur) en maatwerkoplossingen voor kleine en middelgrote bedrijven. Door een samenwerkingsinnovatiesysteem van "bedrijf-universiteit-onderzoek-toepassing" op te bouwen en zich in te sluiten in het regionale industriecluster-ecosysteem, wordt verwacht dat Jiangpin Technology een strategische transformatie zal voltooien van technologievolger naar innovatieleider tijdens de cruciale periode van technologische revolutie en marktherstructurering van CO2-lasers.