Ce este un laser cu dioxid de carbon

Pentru perioada critică de transformare și modernizare a industriei manufacțuri, Jiangpin Technology a ales laserul cu dioxid de carbon ca direcție strategică de dezvoltare. Acest lucru se datorează nu doar dimensiunii remarcabile a pieței actuale și a ratelor de creștere, dar și alinierea față de tendințele de bază ale fabricației viitoare către precizie, flexibilitate și durabilitate. În special în procesul prin care China trece de la un "gigant al producției" la o "putere a producției", controlul independent al echipamentelor avansate de prelucrare cu laser de înaltă precizie a devenit un punct cheie pentru a asigura securitatea lanțului industrial. Acum să ne uităm împreună la laserul cu dioxid de carbon:

Principiul de funcționare:

Deși moleculele de dioxid de carbon pot fi excitate direct la niveluri ridicate de energie, multe studii au dovedit că transferul resonant de energie al moleculelor de azot este cel mai eficient. Moleculele de azot sunt excitate prin descărcare până la nivelurile vibratoire metastabile de energie și transferă energia excitată moleculelor de dioxid de carbon atunci când acestea se colidă cu ele. Ulterior, moleculele de dioxid de carbon excitate participă în principal la tranziții laser. Heliu poate reduce numărul particulelor cu energie mică din lasure și poate elimina și căldura. Alte componente, cum ar fi hidrogenul sau vaporul de apă, pot să ajute la reoxigenarea monoxidului de carbon (CO, format în timpul descărcării) în dioxid de carbon.

Lazele CO2 sunt de obicei capabile să emite lungimi de undă de 10.6 μm, dar există zeci de alte linii spectrale ale laserelor în regiunea de 9-11 μm (în special 9.6 μm). Acest lucru se datorează faptului că cele două forțe vibratoire diferite ale moleculelor de dioxid de carbon pot fi utilizate ca niveluri de energie joasă, iar fiecare forță vibrantă corespunde unui număr mare de forțe rotative, generând astfel multe sub-niveluri de energie. Majoritatea laserelor CO2 disponibile comercial emit lungimea de undă standard de 10.6 μm, dar există și unele dispozitive care sunt specific optimizate pentru alte lungimi de undă (cum ar fi 10.25 μm sau 9.3 μm), aceste dispozitive fiind mai potrivite pentru anumite aplicații, cum ar fi prelucrarea materialului cu laser, deoarece sunt absorbe mai ușor când iradiaze anumite materiale (cum ar fi polimerii). Se pot cere componente optice speciale atunci când se fabrică aceste laser-uri și se utilizează pentru iluminat, deoarece componentele optice transmisive standard de 10.6 μm pot avea reflexii prea puternice.

Puterea de ieșire și eficiența:

În majoritatea cazurilor, puterea medie de ieșire se situează între zeci de watzi și câteva kilowatti. Eficiența de conversie a puterii este de aproximativ 10%-20%, care este mai mare decât cea a majorității laserelor cu gaz și ale laserelor solide pompeate cu lampă, dar mai mică decât cea a multor laser-uri pompeate cu diode. Din cauza puterii mari de ieșire și a lungimii mari de undă de emisie, laser-urile CO2 necesită componente optice infraroșii de înaltă calitate, care sunt de obicei fabricate din materiale precum selenul de zinc (ZnSe) sau sulfura de zinc (ZnS). Laser-urile CO2 au o putere mare și o tensiune de funcționare ridicată, ceea ce ridică probleme serioase legate de siguranța laserului. Cu toate acestea, din cauza lungimii mari de undă de lucru, acestea sunt relativ sigure pentru ochiul uman la intensități mici.

Tipuri de laser CO2:

Pentru puterea laser cuprinsă între câteva watti și mai multe sute de watti, se utilizează obișnuit tuburi sigilate sau laser fără flux, unde atât cavitatea laser, cât și alimentarea cu gaz sunt situate în interiorul tubului sigilat. Căldura reziduală este transferată la peretele conductelor prin difuzie (în principal efectul heliumului) sau prin flux lent de gaz. Acest tip de laser are o structură compactă, este robust și durabil, iar viața sa de lucru poate să ajungă ușor la mii de ore sau chiar mai mult. În acest punct, trebuie să se adopte metoda regenerării continue a gazei, în special prin catalizarea reoxidării monoxidului de carbon pentru a contracara dezasocierea dioxidului de carbon. Calitatea fasciculului poate fi foarte ridicată. Laser-uri slabice cu răcire prin difuzie la putere mare plasează gazul în intervalele dintre o pereche de electrozi RF planare răcoroase cu apă. Dacă distanța dintre electrozi este mai mică decât lățimea electrozilor, căldura excendentă va fi transferată eficient la electrozi prin difuzie. Pentru a extrage energie cu eficiență, se folosește obișnuit un resonator ne-stationar, iar acoplarul de ieșire se realizează pe partea reflectorului de înaltă reflexie. Sub o calitate de fascicol razbunată, se poate obține o putere de ieșire de câteva kilowatti. Laser-uri cu flux axial rapid și laser-uri cu flux transversal rapid sunt, de asemenea, potrivite pentru o putere continuă de undă de câteva kilowatti și o calitate de fascicol ridicată. Căldura excendentă este dusă afară de către gazul mixt care curge rapid, care este apoi reintrodus în descărcare după trecerea printr-un răcitor extern (schimbător de căldură). Gazul mixt poate fi regenerat continuu și înlocuit occasionabil. Laser-urile cu flux transversal pot atinge cea mai mare putere de ieșire, dar calitatea fasciculului este obișnuit să fie scăzută.

Presiunea laserului atmosferic excitat lateral este foarte mare (aproximativ una de atmosfere). Deoarece tensiunea necesară pentru descărcarea longitudinală este prea ridicată, se folosește o serie de electrozi din interiorul tubului pentru excitația transversală. Acest laser funcționează doar în regim pulsator deoarece descărcarea gazelor este instabilă sub tensiuni ridicate. Puterea medie de ieșire este de obicei mai mică de 100 de watți, dar poate ajunge și la zeci de kilowatți (combinată cu o rată ridicată de repetiție a pulsurilor).
Lazele cu stare solidă sunt laze bazate pe medii de amplificare în stare solidă (cum ar fi cristale sau sticle dopate cu ioni de teruri rare sau metaluri de tranziție), care pot genera o putere de ieșire cuprinsă între câteva milivatio și câteva kilovatio. Multe laze cu stare solidă folosesc lampe flash sau lampe cu arc electric pentru pomparea luminii. Aceste surse de pompare sunt relativ ieftine și pot oferi o putere foarte mare, dar eficiența lor este destul de scăzută, viata lor utilă este medie, iar efectele termice în mediu sunt puternice, cum ar fi efectul de lentilă termică. Diodele laser sunt cele mai utilizate pentru pomparea lazelor cu stare solidă, iar aceste laze pompat cu laser (DPSS, cunoscute și ca laze cu stare solidă integrală) au multe avantaje, cum ar fi instalarea compactă, viața utilă lungă și o calitate excelentă a fascicolului. Modul său de funcționare poate fi undă continuă, adică poate genera o ieșire laser continuă, sau de tip puls, adică poate produce pulsuri laser de scurtă durată cu o putere ridicată.

Lazele de dioxid de carbon, cu avantajele unice ale lungimii de undă și adaptabilitatea largă la materiale, au demonstrat o valoare strategică incontestabilă în domeniile procesării industriale globale, esteticii medicale și a energiei noi. În ciuda presiunii competitive din partea laserelor de fibra în cadrul procesării metalurghice, tehnologia laserului de dioxid de carbon deține încă avantaje competitive esențiale și un spațiu larg de inovare în zone specializate precum procesarea necuprinsă în metale, decapajul precis al vopselei și tratamentul profund al pielii.

Pentru Jiangpin Technology, aceasta ar trebui să profite de oportunitățile istorice oferite de modernizarea industriei manufacțurii chinezești și de tranziția energetică globală, concentrându-se pe trei direcții majore: realizarea de progrese în stabilirea puterii ridicate (cum ar fi soluționarea efectului „stingere temperatură”), dezvoltarea scenariilor specializate (procesarea echipamentelor pentru energie nouă) și oferirea de soluții personalizate pentru întreprinderile mici și mijlocii. Prin construirea unui sistem de inovare colaborativă „industrie-universitate-cercetare-aplicare” și integrarea în ecosistemul clusterului industrial regional, se așteaptă ca Jiangpin Technology să realizeze o transformare strategică de la un următor tehnologic la un lider al inovării în perioada critică a revoluției tehnologice și reconstrucției pieței pentru laser cu dioxid de carbon.