Kaj je laser ogljikovega oksida (CO2)

Med ključno obdobjem sprememb in nadgradnje v proizvodnem sektorju je Jiangpin Technology izbrala ogljikov dioksid laser kot svoj strategski razvojni smer. To ni le zaradi izjemne velikosti trenutnega trga in hitrosti rasti, ampak tudi ker se ujema z osrednjimi trendi prihodnje proizvodnje v smeri natančnosti, fleksibilnosti in zelenosti. Zlasti v procesu, ko Kitajska prehaja iz "proizvodne velikine" v "proizvodno moč", je samostojna nadzorovanja visoko natančnih in naprednih laserjskih obdelovalnih naprav postala ključna povezava za zagotavljanje varnosti verige industrije. Poglejmo si zdaj skupaj ogljikov dioksid laser:

Način delovanja:

Čeprav se molekule ogljikovega dioksidu lahko direktno uvrstijo v visoke energijske ravne, je bilo v mnogih študijah dokazano, da je resonantna prenos energije med azotnimi molekulami najučinkovitejši. Azotne molekule so uvrščene s puscenjem v metastabilne vibracijske energijske ravne in prenašajo uvrščeno energijo na molekule ogljikovega dioksidu, ko z njimi pridejo v stik. Naslednje, uvrščene molekule ogljikovega dioksidu glavno sodelujejo v laserjskih prehodih. Helij lahko zmanjša število nizkoenergijskih delcev v laserju in hkrati odvzame toploto. Drugi sestavniki, kot sta voda ali vodik, lahko pomagajo pri ponovni oksidaciji ogljikovega monoksida (CO, ki nastane med puscenjem) v ogljikov dioksid.

CO2 laserji so tipično sposobni emitirati valovne dolžine 10,6 μm, vendar obstajajo še desetke drugih laserjskih spektralnih crt v regiji 9-11 μm (posebno 9,6 μm). To je zato, ker se lahko uporabljata dve različni vibracijski moči ogljikovega dioksidnega molekula kot nizek energijski ravni, in vsaka vibracijska sila odgovarja velikemu številu rotacijskih sil, s čimer nastanejo mnoge podenergijske ravni. Večina komercialno na voljo dostopnih CO2 laserjev emitira standardno valovno dolžino 10,6 μm, vendar pa obstajajo tudi nekateri aparati, ki so posebej optimizirani za druge valovne dolžine (kot 10,25 μm ali 9,3 μm), in ti so bolj primerni za določene uporabe, kot je obdelava materialov z laserjem, saj so lažje absorbirani, ko se se izseva v določene material (kot polimer). Pri izdelavi takšnih laserjev in njihovi uporabi za osvetlitev morda potrebujemo posebne optične komponente, saj standardne transmisivne optične komponente za 10,6 μm lahko imajo premočne odbite.

Izhodna moč in učinkovitost:

V večini primerov se povprečna izhodna moč giblje med desetki vatov in nekaj kilovatov. Učinkovitost pretvorbe moči je približno 10%-20%, kar je višje kot pri večini plinastih laserjev in lamposnih pečnatih pevninskih laserjev, vendar ni tako visoko kot pri mnogih diodno opomljenih laserjih. Zaradi visoke izhodne moči in dolge valovne dolžine potrebujejo CO2 laseri visokokakovostne infracrvene opticske komponente, ki so običajno izdelane iz materialov, kot so cinker seleni (ZnSe) ali cinker sullivan (ZnS). CO2 laseri imajo visoko moč in visoko gonilno napetost, kar postavlja resne varnostne težave pri uporabi laserjev. Vendar pa zaradi dolge delovne valovne dolžine predstavljajo pri nizkih intenzitetah relativno manjše tveganje za človeško oko.

Vrste CO2 laserjev:

Za laserjo s močjo od nekaj vatov do več stotin vatov se tipično uporabljajo zaklenjene cevi ali laserske sisteme brez toka, kjer je obeh straneh laserjeva prostora in plinskega vira razmeščenih znotraj zaklenjene cevi. Odpadna toplota se prenese na cevino preko difuzije (predvsem heliumov efekt) ali počasnega plinskega toka. Ta vrsta lasera je kompaktna v strukturi, trdna in trajna, njegova delovna življenjska doba lahko enostavno doseže tisoče ur ali celo dlje. V tem točku je potrebno uporabiti metodo zveznega ponovnega oživljanja plina, še posebej katalizačnega ponovnega oksidacije monoksidnega ogljika za boj proti razpadu dwaksidnega ogljika. Kakovost žarka lahko zelo visoka. Visoko-močni difuzno hladeni ploskovni laserji postavijo plin med par ravnih vodnih hlačnikov RF elektrod. Če je razmik med elektrodami manjši od širine elektrode, bo presežna toplota učinkovito prenesena na elektrode preko difuzije. Za učinkovito izdelavo energije se običajno uporablja nesprememben rezonator, pri čemer je izhodno vezovanje izvedeno na strani visoke refleksije. Pri razumeni kakovosti žarka je mogoče doseči izhodno moč nekaj kilowatov. Hitri osnovni tok laserskih sistemov in hitri poprečni tok laserskih sistemov sta tako pa tudi primerna za zvezno valovno izhodno moč nekaj kilowatov in visoko kakovost žarka. Presežna toplota jo odstranjuje hitro tečajoča mešana plina, ki ji nato ponovno uporabijo za razbojnico po prehodu skozi zunanji hlačnik (toplotni spremnik). Mešana plina se lahko zvezno ponovno oživlja in občasno zamenja. Poprečni tok laserskih sistemov lahko dosežejo najvišjo izhodno moč, vendar je kakovost žarka običajno nizka.

Državljansko izvražena laserja z atmosferskim tlakom je zelo visoka (približno ena atmosfera). Ker je napetost, ki jo zahteva dolžinska razbojna, previsoka, je potrebno uporabiti vrsto elektrod notri v cevi za transverzno izvraževanje. Ta laser deluje le v pulznem načinu, ker je plinska razbojna nestabilna pri visoki napetosti. Povprečna izhodna moč je običajno manjša od 100 wattov, vendar lahko dosežejo tudi desetice kilowattov (skombinirana z visokim ponavljanjem pulzov).
Trdnostna laserna zraklja so laserja, ki temeljijo na trdnem osnovnem sredstvu (kot so kристали ali stekla, dopirana z redkimi zemljami ali prehodnimi kovinami), ki lahko generirajo izhodno moč od nekaj milivatov do nekaj kilovatov. Mnogi trdnostni laserji uporabljajo blikavke ali oblukove lucarje za svetlobno pumpanje. Te viri pumpanja so relativno poceni in lahko zagotavljajo zelo visoko moč, vendar je njihova učinkovitost precej nizka, življenjska doba povprečna, pri čemer so v osnovnem sredstvu prisotne močne termalne učinke, kot je na primer termalni lečinski učinek. Laserjske diode se najpogosteje uporabljajo za pumpanje trdnih laserjev, in ti laserjsko pumpani trdni laserji (DPSS laserji, tudi znani kot popolnoma trdni laserji) imajo številne prednosti, kot so kompaktna namestitvena rešitev, dolga življenjska doba ter odlična kakovost žarka. Njegov delovni način lahko bil zvezni val, torej lahko generira zvezno laserjsko izhodno moč, ali pa pulsni tip, torej lahko proizvaja kratkotrajne visokomočne laserjske pulse.

Lasers ogljikovega dioksidu, s svojimi edinstvenimi prednosti valovne dolžine in široko prilagodljivostjo materialom, so pokazali nezamenljivo strategsko vrednost v svetovni industrijski obdelavi, medicinski estetiki in področju nove energije. Kljub konkurenčnemu tlaku vlakenih laserjev v območju metalne obdelave, tehnologija lasera ogljikovega dioksida še vedno drži jedrske konkurenčne prednosti in širok prostor za inovacije v specializiranih oblastih, kot je obdelava nesmetalnih materialov, visoko precizno odlaganje barve in globoko kožno zdravljenje.

Za Jiangpin Technology bi morala izkoristiti historične priložnosti, ki jih ponujata nadgradnja Kitajskega proizvodnega sektorja in globalna prehoda v energetsko področje, ter se osredotočiti na tri glavne smeri: dosego napredka v visoki stabilnosti moči (kot je na primer reševanje učinka "temperaturne utušenosti"), razvoj specializiranih scenarijev (obdelava opreme za obnovljive energije) in prilagojene rešitve za male in srednje velikosti podjetja. S gradnjo sodelujočega inovacijskega sistema "industrija-univerza-raziskave-uporaba" in integracijo v regionalni industrijski skupinski ekosistem, se Jiangpin Technology pričakuje, da bo dosegla strategsko transformacijo od sledilca tehnologije do voditelja inovacij v kritičnem obdobju tehnološke revolucije in tržne restrukuriranje ogljikovega dioksidnega lasera.