อะไรคือเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์

ในช่วงเวลาสำคัญของการเปลี่ยนแปลงและการอัพเกรดในอุตสาหกรรมการผลิต บริษัทเจียงผินเทคโนโลยีได้เลือกเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์เป็นทิศทางการพัฒนาเชิงกลยุทธ์ ไม่เพียงเพราะขนาดตลาดปัจจุบันและอัตราการเติบโตที่โดดเด่น แต่ยังเนื่องจากสอดคล้องกับแนวโน้มหลักของอุตสาหกรรมการผลิตในอนาคตที่มุ่งเน้นความแม่นยำ ความยืดหยุ่น และความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการที่จีนกำลังเปลี่ยนจากการเป็น "มหาอำนาจการผลิต" สู่ "ประเทศมหาอำนาจด้านการผลิต" การควบคุมอุปกรณ์ประมวลผลเลเซอร์ที่มีความแม่นยำสูงและล้ำสมัยด้วยตนเองกลายเป็นห่วงโซ่สำคัญเพื่อให้มั่นใจถึงความปลอดภัยของอุตสาหกรรม ตอนนี้เรามาดูเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ร่วมกัน:

หลักการทํางาน:

แม้ว่าโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์จะสามารถถูกกระตุ้นโดยตรงให้อยู่ในระดับพลังงานสูงได้ แต่งานวิจัยหลายชิ้นพิสูจน์แล้วว่า การถ่ายโอนพลังงานแบบเรโซแนนซ์ของโมเลกุลไนโตรเจนเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุด โมเลกุลไนโตรเจนจะถูกกระตุ้นโดยการปล่อยประจุไฟฟ้าไปยังระดับพลังงานการสั่นสะเทือนที่เสถียร และถ่ายโอนพลังงานที่ถูกกระตุ้นนี้ให้กับโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อเกิดการชนกัน จากนั้น โมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกกระตุ้นจะเข้าร่วมในการเปลี่ยนผ่านของเลเซอร์เป็นส่วนใหญ่ เฮลียมสามารถลดจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานต่ำในเลเซอร์และยังช่วยนำความร้อนออกไป นอกจากนี้ ส่วนประกอบอื่นๆ เช่น ไฮโดรเจนหรือไอน้ำ ก็สามารถช่วยในการทำให้คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการปล่อยประจุ) กลับกลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ได้อีกด้วย

เลเซอร์ CO2 ทั่วไปสามารถปล่อยคลื่นความยาวได้ที่ 10.6 μm แต่มีเส้นสเปกตรัมเลเซอร์อีกหลายสิบเส้นในช่วง 9-11 μm (โดยเฉพาะ 9.6 μm) สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะแรงสั่นสะเทือนสองแบบต่างกันของโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์สามารถใช้เป็นระดับพลังงานต่ำ และแต่ละแรงสั่นสะเทือนจะสอดคล้องกับแรงหมุนจำนวนมาก ซึ่งทำให้เกิดระดับพลังงานย่อยมากมาย เลเซอร์ CO2 ที่วางขายโดยทั่วไปส่วนใหญ่ปล่อยคลื่นความยาวมาตรฐานที่ 10.6 μm แต่ยังมีเครื่องมือบางชนิดที่ถูกปรับให้เหมาะสมสำหรับคลื่นความยาวอื่นๆ (เช่น 10.25 μm หรือ 9.3 μm) และเครื่องมือเหล่านี้เหมาะสำหรับการใช้งานเฉพาะ เช่น การประมวลผลวัสดุด้วยเลเซอร์ เพราะพวกมันถูกดูดซึมได้ง่ายกว่าเมื่อส่องลงบนวัสดุบางประเภท (เช่น พอลิเมอร์) นอกจากนี้อาจจำเป็นต้องใช้ชิ้นส่วนออปติกพิเศษในการผลิตเลเซอร์เหล่านี้และใช้งานเพื่อการส่องสว่าง เนื่องจากชิ้นส่วนออปติกแบบมาตรฐานสำหรับคลื่นความยาว 10.6 μm อาจมีการสะท้อนที่รุนแรงเกินไป

กำลังผลิตและประสิทธิภาพ:

ในกรณีส่วนใหญ่ กำลังผลิตเฉลี่ยอยู่ระหว่างหลายสิบวัตต์ถึงหลายกิโลวัตต์ ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานประมาณ 10%-20% ซึ่งสูงกว่าเลเซอร์แก๊สทั่วไปและเลเซอร์ของแข็งที่ใช้หลอดไฟส่องสว่าง แต่ต่ำกว่าเลเซอร์หลายประเภทที่ใช้ไดโอดส่องแสง เนื่องจากมีกำลังผลิตสูงและความยาวคลื่นการปล่อยแสงที่ยาว เลเซอร์ CO2 จึงต้องใช้ชิ้นส่วนออปติกอินฟราเรดคุณภาพสูง ซึ่งมักทำจากวัสดุ เช่น สังกะสีเซเลไนด์ (ZnSe) หรือสังกะสีซัลไฟด์ (ZnS) เลเซอร์ CO2 มีกำลังสูงและแรงดันไฟฟ้าขับเคลื่อนสูง ซึ่งเกิดปัญหาความปลอดภัยของเลเซอร์อย่างร้ายแรง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความยาวคลื่นการทำงานที่ยาว เมื่ออยู่ในระดับความเข้มต่ำ จะค่อนข้างปลอดภัยสำหรับดวงตาของมนุษย์

ประเภทของเลเซอร์ CO2:

สำหรับกำลังเลเซอร์ที่อยู่ในช่วงตั้งแต่ไม่กี่วัตต์ถึงหลายร้อยวัตต์ ท่อปิดสนิทหรือเลเซอร์แบบไม่มีการไหลมักจะถูกใช้งาน โดยทั้งโพรงเลเซอร์และแหล่งจ่ายก๊าซจะอยู่ภายในท่อปิดสนิท การระบายความร้อนส่วนเกินจะถูกส่งผ่านไปยังผนังท่อโดยกระบวนการแพร่กระจาย (ส่วนใหญ่เป็นผลจากฮีเลียม) หรือการเคลื่อนที่ของก๊าซช้าๆ เลเซอร์ชนิดนี้มีโครงสร้างกะทัดรัด มั่นคง และทนทาน ระยะเวลาการทำงานสามารถยาวนานได้ถึงหลายพันชั่วโมงหรือมากกว่านั้น ในกรณีนี้ จำเป็นต้องใช้วิธีการหมุนเวียนก๊าซอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะการกระตุ้นปฏิกิริยาออกซิเดชันใหม่ของคาร์บอนมอนอกไซด์เพื่อต่อต้านการแยกตัวของคาร์บอนไดออกไซด์ คุณภาพลำแสงสามารถสูงมากได้ เลเซอร์แผ่นชนิดระบายความร้อนด้วยการแพร่กระจายกำลังสูง จะวางก๊าซไว้ในช่องระหว่างคู่ของขั้วไฟฟ้า RF ที่เย็นด้วยน้ำ หากระยะห่างของขั้วไฟฟ้าน้อยกว่าความกว้างของขั้วไฟฟ้า ความร้อนส่วนเกินจะถูกส่งผ่านไปยังขั้วไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพผ่านกระบวนการแพร่กระจาย เพื่อสกัดพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ตัวเรโซแนนซ์แบบไม่คงที่มักถูกนำมาใช้ และการเชื่อมโยงเอาต์พุตจะดำเนินการบนด้านสะท้อนสูง ภายใต้คุณภาพลำแสงที่เหมาะสม สามารถบรรลุกำลังเอาต์พุตได้หลายกิโลวัตต์ เลเซอร์แบบการไหลตามแกนเร็วและการไหลตัดเร็วก็เหมาะสำหรับกำลังเอาต์พุตแบบคลื่นต่อเนื่องหลายกิโลวัตต์และความคมชัดของลำแสงสูง ความร้อนส่วนเกินจะถูกพาออกไปโดยก๊าซผสมที่ไหลเร็ว ก่อนที่จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่หลังจากผ่านเครื่องทำความเย็นภายนอก (เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) ก๊าซผสมสามารถหมุนเวียนและแทนที่ได้เป็นครั้งคราว เลเซอร์แบบการไหลตัดสามารถบรรลุกำลังเอาต์พุตสูงสุด แต่คุณภาพลำแสงมักจะต่ำ

ความดันของเลเซอร์ในบรรยากาศที่ถูกกระตุ้นขวางนั้นมีค่าสูงมาก (ประมาณหนึ่งบรรยากาศ) เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการปล่อยกระแสตามยาวนั้นสูงเกินไป จึงจำเป็นต้องใช้ชุดอิเล็กโทรดภายในหลอดเพื่อการกระตุ้นขวาง เลเซอร์ชนิดนี้ทำงานได้เฉพาะในโหมดพัลส์ เพราะการปล่อยแก๊สไม่มั่นคงภายใต้แรงดันไฟฟ้าสูง อัตราพลังงานเฉลี่ยของการปล่อยมักจะน้อยกว่า 100 วัตต์ แต่ก็สามารถถึงระดับหลายสิบกิโลวัตต์ได้ (เมื่อรวมกับอัตราซ้ำของพัลส์ที่สูง)
เลเซอร์ของแข็งเป็นเลเซอร์ที่ใช้สื่อกลางเพิ่มกำลังแบบของแข็ง (เช่น คริสตัลหรือกระจกที่เติมด้วยไอออนแรร์เอิร์ธหรือโลหะชนิดเปลี่ยน) ซึ่งสามารถสร้างกำลังผลิตได้ตั้งแต่หลายมิลลิวัตถึงหลายกิโลวัต เลเซอร์ของแข็งจำนวนมากใช้หลอดไฟแฟลชหรือหลอดอาร์คสำหรับการปั๊มแสง แหล่งพลังงานเหล่านี้มีราคาค่อนข้างถูกและสามารถให้กำลังสูงมาก แต่ประสิทธิภาพของพวกมันค่อนข้างต่ำ อายุการใช้งานอยู่ในระดับกลาง และมีผลกระทบทางความร้อนอย่างมากในสื่อกลางเพิ่มกำลัง เช่น ผลกระทบของเลนส์ความร้อน เลเซอร์ไดโอดมักใช้ในการปั๊มเลเซอร์ของแข็ง และเลเซอร์ของแข็งที่ถูกปั๊มด้วยเลเซอร์ (DPSS เลเซอร์ หรือที่เรียกว่าเลเซอร์ของแข็งทั้งหมด) มีข้อดีหลายประการ เช่น การติดตั้งที่กะทัดรัด อายุการใช้งานยาวนาน และคุณภาพลำแสงยอดเยี่ยม โหมดการทำงานสามารถเป็นคลื่นต่อเนื่อง ซึ่งหมายถึงการสร้างผลผลิตเลเซอร์ต่อเนื่อง หรือประเภทพัลส์ ซึ่งสามารถสร้างพัลส์เลเซอร์กำลังสูงในระยะเวลาสั้นๆ

เลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ ด้วยข้อได้เปรียบของความยาวคลื่นที่โดดเด่นและความสามารถในการปรับตัวกับวัสดุหลากหลาย ได้แสดงให้เห็นถึงคุณค่าเชิงกลยุทธ์ที่ทดแทนไม่ได้ในด้านการแปรรูปอุตสาหกรรมระดับโลก การแพทย์เพื่อความงาม และภาคพลังงานใหม่ แม้ว่าจะมีแรงกดดันจากการแข่งขันจากเลเซอร์ไฟเบอร์ในด้านการแปรรูปโลหะ แต่เทคโนโลยีเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์ยังคงมีข้อได้เปรียบทางการแข่งขันหลักและพื้นที่นวัตกรรมที่กว้างขวางในสาขาเฉพาะ เช่น การแปรรูปวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ การลอกสีอย่างแม่นยำสูง และการรักษาผิวหนังชั้นลึก

สำหรับเจียงผิน เทคโนโลยี ควรคว้าโอกาสทางประวัติศาสตร์ที่เกิดขึ้นจากการอัพเกรดอุตสาหกรรมการผลิตของจีนและการเปลี่ยนผ่านพลังงานระดับโลก และให้เน้นไปที่สามทิศทางหลัก: การทำลายข้อจำกัดเรื่องเสถียรภาพกำลังสูง (เช่น การแก้ปัญหา "ผลกระทบของการลดลงของอุณหภูมิ") การพัฒนาสถานการณ์เฉพาะทาง (การประมวลผลอุปกรณ์พลังงานใหม่) และการสร้างโซลูชันแบบกำหนดเองสำหรับธุรกิจขนาดกลางและเล็ก โดยการสร้างระบบนวัตกรรมร่วมกันของ "อุตสาหกรรม-มหาวิทยาลัย-วิจัย-การใช้งาน" และการผสานเข้ากับระบบนิเวศกลุ่มอุตสาหกรรมในภูมิภาค เจียงผิน เทคโนโลยี มีแนวโน้มที่จะบรรลุการเปลี่ยนแปลงเชิงกลยุทธ์จากผู้ตามเทคโนโลยีมาเป็นผู้นำด้านนวัตกรรมในช่วงเวลาสำคัญของการปฏิวัติทางเทคโนโลยีและการปรับโครงสร้างตลาดของเลเซอร์คาร์บอนไดออกไซด์