Що таке лазер вуглецього оксиду

У період критичних змін та модернізації у промисловості, компанія Jiangpin Technology вибрала углекислий лазер як стратегічний напрямок розвитку. Це не лише через видатні поточні розміри ринку та темпи його зростання, але й через те, що це відповідає основним тенденціям майбутнього виробництва у напрямку точності, гнучкості та екологічності. Особливо у процесі перетворення Китаю з "промислового гіганта" на "промислову державу", незалежне керування високоточним та сучасним обладнанням для лазерної обробки стало ключовим етапом для забезпечення безпеки промислової ланцюжка. Тепер давайте разом поглянемо на углекислий лазер:

Принцип роботи:

Хоча молекули вуглецьої діоксиду можуть бути безпосередньо ексцитовані до високих енергетичних рівнів, багато досліджень довели, що резонансна передача енергії молекул азоту є найефективнішою. Молекули азоту ексцитуються розрядом до метастабільних вibrаторних енергетичних рівнів і передають ексцитовану енергію молекулам вуглецьої діоксиду при зіткненні з ними. Потім ексцитовані молекули вуглецьої діоксиду головним чином беруть участь у лазерних переходах. Гелій може зменшувати кількість низькоенергетичних частинок у лазерах і також виводити тепло. Інші компоненти, такі як водень або водяний пар, можуть допомогти перетворювати вуглецьку моноксиду (CO, що утворюється під час розряду) назад у вуглецьку діоксиду.

Лазери CO2 зазвичай можуть виражати хвилі довжиною 10.6 μм, але існує кілька десятків інших лазерних спектральних ліній у регіоні 9-11 μм (особливо 9.6 μм). Це через те, що дві різні вібраційні сили молекул вуглецього діоксиду можуть використовуватися як низькі енергетичні рівні, і кожна вібраційна сила відповідає великій кількості обертальних сил, що створює багато під-енергетичних рівнів. Більшість комерційно доступних лазерів CO2 виражують стандартну хвилю 10.6 μм, але також існують деякі пристрої, які спеціально оптимізовані для інших хвиль (наприклад, 10.25 μм або 9.3 μм), і ці пристрої є більш придатними для певних застосунків, таких як лазерна обробка матеріалів, оскільки вони легше абсорбуються при іррадіації певних матеріалів (наприклад, полімерів). При виготовленні таких лазерів та їх використанні для освітлення можуть знадобитися особливі оптичні компоненти, оскільки стандартні прозорі оптичні компоненти для 10.6 μм можуть мати занадто сильне відбиття.

Вихідна потужність та ефективність:

У більшості випадків середня вихідна потужність становить від десятків ватт до кількох кіловатт. Ефективність перетворення енергії становить приблизно 10%-20%, що вище, ніж у багатьох газових лазерів і лазерів на твердих речовинах з ламповим пumpyнгом, але нижче, ніж у багатьох діодопompованих лазерів. Завдяки високій вихідній потужності та довгій хвильовій довжині викиду, CO2-лазери потребують високоякісних інфрачервоних оптичних компонентів, які зазвичай виготовляються з матеріалів, таких як цинковий селен (ZnSe) або цинковий сульфід (ZnS). CO2-лазери мають високу потужність та високе напругове забезпечення, що ставить серйозні питання безпеки лазерів. Проте, завдяки довгій хвильовій довжині працювання, вони відносно безпечні для людського ока при низьких інтенсивностях.

Типи CO2-лазерів:

Для лазерної потужності в діапазоні від кількох ват до декількох сотень ват зазвичай використовуються герметичні трубки або лазери без циркуляції, де як лазерна полость, так і газова підсистема розташовані всередині герметичної трубки. Відпадна теплота передається через дифузію на стіну трубки (головним чином завдяки ефекту гелію) або повільному потоці газу. Цей тип лазера має компактну структуру, є надійним і довговічним, а його термін роботи може легко досягати тисяч годин або навіть більше. На цьому етапі необхідно застосувати метод неперервного регенерування газу, особливо шляхом каталітичного перетворення моносульфіду вуглецю для протидії розпаду двокису вуглецю. Якість променя може бути дуже високою. Високопотужні дифузійно охолоджені пластинчасті лазери розташовують газ у проміжку між парою плоских водяно охолодних РЧ електродів. Якщо відстань між електродами менша за ширину електрода, зайва теплота буде ефективно передана електродам через дифузію. Для ефективного видобування енергії зазвичай використовується нестійкий резонатор, а вихідна купування проводиться на стороні високого рефлектора. За прийнятною якістю променя можна досягти вихідної потужності кількох кіловат. Швидкопоточні осьові лазери та швидкопоточні поперечні лазери також придатні для неперервного хвильового виходу потужності кількох кіловат і високої якості променя. Зайва теплота виноситься швидко потікаючим сумішовим газом, який потім повторно використовується для розряду після проходження через зовнішній охладжувач (теплообмінник). Сумішний газ може бути неперервано регенерованим та замінюватися періодично. Поперечні лазери можуть досягати найвищої вихідної потужності, але якість променя зазвичай низька.

Стиск лазера, що екситується боковим способом у атмосферних умовах, дуже високий (приблизно одна атмосфера). Оскільки напруга, необхідна для продольного розряду, занадто велика, для поперечного екситування потрібно використовувати серію електродів всередині трубки. Цей лазер працює тільки у pulsed режимі, оскільки газовий розряд є нестабільним під високою напругою. Їхній середній вихідна потужність зазвичай менше 100 ватт, але вони також можуть досягати десятків кіловатт (з поєднанням високої частоти повторення імпульсів).
Лазери на твердих речовинах — це лазери, які базуються на твердих медіях збільшення (наприклад, кристали або скло, досячені рідкоземельними або переходовими металевими іонами), які можуть генерувати вихідну потужність в діапазоні від декількох міліваттів до декількох кіловатт. Багато лазерів на твердих речовинах використовують спалаючі лампи або дугові лампи для оптичного накачування. Ці джерела накачування відносно недорогі і можуть забезпечувати дуже високу потужність, але їх ефективність досить низька, їхній термін служби середній, і у медії збільшення виникають сильні теплові ефекти, такі як тепловий лінзувальний ефект. Лазерні діоди найчастіше використовуються для накачування лазерів на твердих речовинах, і ці лазерні системи на твердих речовинах, накачувані лазерними діодами (DPSS-лазери, також відомі як повнотвердотісні лазери), мають багато переваг, таких як компактна установка, довгий термін служби і відмінна якість променя. Їх режим роботи може бути неперервним хвилям, тобто вони можуть генерувати неперервний лазерний вихід, або імпульсним, тобто вони можуть видавати короткочасні високопотужні лазерні імпульси.

Лазери на углекислоті, завдяки своїм унікальним перевагам у довжині хвиль та широкій адаптації до матеріалів, показали незамінювану стратегічну важливість в глобальних процесах промислового виробництва, медичного естетичного лікування та галузі нових джерел енергії. Незважаючи на конкуренційний тиск від фіберних лазерів у сфері обробки металу, технологія лазерів на углекислоті все ще має ключові конкурентні переваги та широкий простір для інновацій у спеціалізованих галузях, таких як обробка неметалів, висока точність зняття фарби та глибоке лікування шкіри.

Для компанії Jiangpin Technology необхідно схопити історичні можливості, які виникають завдяки модернізації промисловості Китаю та глобальному енергетичному переходу, і зосередитися на трьох головних напрямках: досягнення прогресу у стабільному використанні високої потужності (наприклад, вирішенню ефекту "температурна квENCHING"), розробці спеціалізованих сценаріїв (обробка обладнання для нових джерел енергії) та створенні спеціалізованих розв'язків для малих та середніх підприємств. Шляхом створення системи співпраці та інновацій «промисловість-університет-науковий дослід-застосування» та інтеграції до регіональної промислової кластерної екосистеми, Jiangpin Technology має перспективу досягти стратегічного перехіду від технологічного слідкача до лідера інновацій під час ключового періоду технологічної революції та реконструкції ринку вуглецької лазерної технології.