Čo je uhľíkový dvojoxidový laser

Počas kritického obdobia transformácie a modernizácie v priemyselnom sektore vybrala spoločnosť Jiangpin Technology ako svoj strategický rozvojový smer duhové lasery CO2. Toto rozhodnutie je dôsledkom nie len vynikajúceho aktuálneho trhového objemu a rastu, ale aj zhody s jadrovými trendmi budúceho priemyslu smerujúcimi k presnosti, flexibility a ekologickosti. Zvlášť v procese prechodu Číny z "priemyselného obroku" na "priemyselnú mocinu" sa stalo nezávislé riadenie vysoko presnej a pokročilej laserovej technológie na spracovanie materiálov kľúčovým odkazom na zabezpečenie bezpečnosti priemyselnej reťaznice. Teraz si spoločne pozrime duhový laser CO2:

Pracovný princíp:

Iakoby sa molekuly oxidu uhlíka dajú priamo exity na vysoké energetické úrovne, mnoho štúdií dokázalo, že resonančný prenos energie molekúl dusika je najefektívnejší. Molekuly dusika sú exitymi vo vyrovnanej vibrácií energií a prenášajú túto excited energiu molekülám oxidu uhlíka pri ich kolízii. Následne sa exited molekuly oxidu uhlíka primárne zapojia do laserových prechodov. Helium môže znížiť počet častíc s nízkou energiou v laseoch a tiež odvádza teplo. Iné komponenty, ako je vodík alebo vodná par, môžu pomôcť reoxidovať oxid uhličitý (CO, ktorý vzniká počas vypálenia) na oxid uhličitý.

Lasery CO2 obvykle dokážu emitovať vlnovú dĺžku 10.6 μm, ale existuje desaťkrát viac iných laserových spektrálnych čiar v oblasti 9-11 μm (zvlášť 9.6 μm). To je preto, lebo sa dajú použiť dve rôzne vibrácie molekúl oxidu uhličitého ako nízke energetické úrovne, a každá vibrácia zodpovedá veľkému počtu rotácií, čo vytvára mnoho podordinovaných energetických úrovni. Väčšina komerčne dostupných lazerov CO2 emituje štandardnú vlnovú dĺžku 10.6 μm, avšak niektoré zariadenia sú špecifikálne optimalizované na iné vlnové dĺžky (ako napríklad 10.25 μm alebo 9.3 μm), a tieto zariadenia sú vhodnejšie pre určité aplikácie, ako je spracovanie materiálov lasermi, pretože sú lepšie absorbované pri zasviatovaní istých materiálov (ako polyméry). Pri výrobe takých lazerov a ich použití na osvetlenie môžu byť vyžadované špeciálne optické komponenty, pretože štandardné transmisné optické komponenty pre 10.6 μm môžu mať príliš silné odrazovanie.

Výstupná výkon a účinnosť:

Väčšinou sa priemerný výstupný výkon pohybuje od desiatok wattov po niekoľko kilowattov. Účinnosť prevodu energie je približne 10%-20%, čo je vyššie ako u väčšiny plynových laserov a laserov na báze pevných látok pumpovaných žiarilkami, ale nižšie ako u mnohých laserov pumpovaných diódami. Kvôli svojmu vysokému výstupnému výkonu a dĺžke výstupnej vlny vyžadujú CO2 lasery kvalitné infračervené optické komponenty, ktoré sú obvykle vyrobené z materiálov ako selenid zinka (ZnSe) alebo sienid zinka (ZnS). CO2 lasery majú vysoký výkon a vysoké napájanie, čo predstavuje vážne bezpečnostné otázky v oblasti laserov. Avšak kvôli svojej dlhej pracovnej vlnovej dĺžke je pri nízkej intenzite relatívne bezpečný pre ľudské oko.

Typy CO2 laserov:

Pre výkon lasera sa pohybujúci od niekoľkých wattov po niekoľko stoviek wattov typicky používajú uzavreté trubky alebo lasery bez prietoku, kde je oboje, laserová dutina a plynová zásoba, umiestnená vo vnútri uzavretého potrubia. Odpadná teplovydávka sa prenáša na stenu potrubia difúzne (hlavne efekt heliu) alebo pomalým prietokom plynu. Tento typ lasera je kompaktný v štruktúre, pevný a trvanlivý, a jeho pracovný životnospani môže dosiahnuť ľahko tisícky hodín alebo ešte viac. V tomto bode je nutné použiť spôsob spojitého regenerovania plynu, predovšetkým katalytickou reoxidáciou oxidu uhličitého na časteľovanie rozpadu oxidu uhličitého. Kvalita lúča môže byť veľmi vysoká. Vysoko-výkonné difúzne chladené plackové lasery umiestňujú plyn do medzery medzi dvojicou rovinných vodou chladených RF elektrod. Ak je medzera medzi elektrodami menšia ako ich šírka, nadbytok tepla sa účinne preniesie na elektrody difúzne. Na účinné vyberanie energie sa obvykle používa neustály rezonátor, a výstupné koplacie sa vykonávajú na strane so vysokým reflektorom. Za rozumnú kvalitu lúča sa dá dosiahnuť výstupná mocnosť niekoľkých kilowattov. Rýchlo-priestorové a rýchlo-krížové lasery sú tiež vhodné na spojité výstupné výkonovej mocnosti niekoľkých kilowattov a vysokú kvalitu lúča. Nadbytok tepla odviednu rýchlo tekuté zmiešané plyny, ktoré sú následne znovu použité pre vypálenie po prechádzke cez vonkajší chladiaci systém (teplopremenník). Zmiešané plyny môžu byť spojite regenerované a občas nahradené. Krížové lasery môžu dosiahnuť najvyššiu výstupnú mocnosť, no kvalita lúča je obvykle nízka.

Ťažobný tlak laterálne podnieteného atmosférického lasera je veľmi vysoký (približne jedna atmosféra). Pretože napätie potrebné pre longitudinálny výboj je príliš vysoké, je nutné použiť radu elektrod vo vnútri rúry pre transverzné podnietenie. Tento laser funguje iba v pulzovanom režime, pretože plynový výboj je nestabilný pri vysokom napätí. Ich priemerná výstupná mocnosť je obvykle menej ako 100 wattov, ale môžu dosiahnuť aj desiatky kilowattov (spojené s vysokou frekvenčnou repeticou pulzu).
Tupecké lasery sú lasery založené na tupeckých mediách (ako krystály alebo skla dovené redom zemskými alebo prechodnými kovovými íonami), ktoré môžu generovať výstupnú mocnosť od niekoľkých milivatov po niekoľko kilowatov. Mnohé tupecké lasery používajú bleskové lampy alebo oblúkové lampy na optické nasávanie. Tieto zdroje nasávania sú relatívne lacné a môžu poskytnúť veľmi vysokú mocnosť, no ich účinnosť je dosť nízka, ich životnosť je priemerná a v mediálnom prostredí sa objavujú silné tepelné efekty, ako napríklad tepelný čožný efekt. Laserové diódy sa najčastejšie používajú na nasávanie tupeckých laserov a tieto laserovo nasávané tupecké lasery (DPSS lasery, tiež známe ako celkom tupecké lasery) majú mnoho výhod, ako kompaktná inštalácia, dlhá životnosť a vynikajúca kvalita lúča. Ich pracovný režim môže byť spojitý prúd, teda môže generovať spojitý laserový výstup, alebo pulzový typ, teda môže vyprodukovať krátke vysokomocnostné laserové pulzy.

Uhlíkové dióxidove lázery, s ich jedinečnými vlnovými dĺžkami a širokou prispôsobiteľnosťou materiálov, ukázali nezameniteľnú strategickú hodnotu v globálnom priemyselnom spracovaní, medicínskej estetike a oblasti nových energií. Navzdory súťažnej tlaku z fibrových laserov v oblasti spracovania kovov, technológia CO2 laserov stále drží jadrové konkurencne výhody a široký priestor pre inovácie v odborných oblastiach, ako je spracovanie nepovodných materiálov, vysokopresné odstraňovanie farieb a hlboké liečebné postupy pleti.

Pre technológiu Jiangpin by malo využiť historické príležitosti, ktoré prináša modernizácia čínskej výroby a globálny prechod na obnoviteľné zdroje energie, a zameriavať sa na tri hlavné smerové body: dosiahnutie prelomov v oblasti vysokotečnej stability (ako napr. riešenie "úbyvania teploty"), rozvoj špecializovaných scénarií (spracovanie vybavenia na výrobu obnoviteľnej energie) a vytváranie špecifických riešení pre malé a stredné podniky. Budovaním spolupracujúceho inovačného systému „prmysel-univerzita-výskum-aplikácia“ a integráciou do regionálneho priemyselného clusterového ekosystému môže technológia Jiangpin očakávať strategickú transformáciu od technologického nasledovníka ku vedúcemu inovačnému subjektu počas kľúčovej fázy technologickej revolúcie a rekonštrukcie trhu s oxidom uhličitým laserov.