В чем разница между генераторами непрерывного и импульсного волоконного лазера?

В чем разница между непрерывными и импульсными волоконными лазерными генераторами?

Генератор волоконного лазера был изобретен в 1963 году. К концу 1980-х годов была доступна первая партия коммерческих генераторов волоконного лазера, после более чем 20 лет разработки. Генераторы волоконного лазера рассматриваются как усилитель для сверхскоростной оптической связи. Генераторы волоконного лазера имеют простую конструкцию, низкую стоимость, высокую эффективность электрооптического преобразования и хороший выходной эффект, и их доля в промышленной лазерной промышленности увеличивается с каждым годом. Существует два основных типа генераторов волоконного лазера в соответствии с выходными характеристиками лазера, а именно непрерывные волоконные лазерные генераторы и импульсные волоконные лазерные генераторы. Существуют некоторые различия в принципах, технических характеристиках и областях применения между импульсными волоконными лазерными генераторами и непрерывными волоконными лазерными генераторами, и каждый из них подходит для разных случаев. В этой статье в основном обсуждаются различия между двумя волоконными лазерными генераторами в различных аспектах, чтобы определить, какой тип лазерного генератора подходит для разных отраслей.

Волоконный лазерный генератор

Чтобы изучить разницу между непрерывными волоконно-оптическими лазерными генераторами и импульсными волоконно-оптическими лазерными генераторами, нам сначала необходимо примерно знать принцип работы волоконно-оптического лазерного генератора, какие компоненты включает в себя полный волоконно-оптический лазерный генератор и какова функция каждого компонента.

Принцип работы волоконного лазерного генератора

Генератор волоконного лазера использует в качестве среды усиления стеклянное волокно, легированное редкоземельными элементами. Источник накачки соединен с средой усиления через соответствующую оптическую систему. Свет накачки формирует высокую плотность мощности в сердцевине волокна, вызывая «инверсию заселенности» уровней энергии легированных ионов. При правильном введении положительной обратной связи (формировании резонансной полости) генерируется выход лазерной генерации.

Компоненты волоконного лазерного генератора

Как и традиционные твердотельные и газовые лазерные генераторы, волоконные лазерные генераторы в основном состоят из трех основных элементов: источника накачки, усиливающей среды и резонансной полости, но тип усиливающей среды отличается.

Среда усиления: Среда усиления — это оптическое волокно, легированное редкоземельными ионами, которое усиливает свет посредством процесса инверсии населенности и стимулированного излучения. Действуя как среда для инверсии населенности, определяет производительность лазерного излучения.
Источник накачки: Источник накачки подает энергию в активную среду для достижения инверсии населенности (источник энергии для инверсии населенности), тем самым делая возможной работу лазера.
Резонансная полость: Резонансная полость состоит из двух зеркал для отражения света, увеличения длины пути света в усиливающей среде и, таким образом, усиления усиления света. Обеспечивает механизм обратной связи для усиления лазера, чтобы выбирать спектральные и пространственные характеристики света.

Генератор волоконного лазера непрерывного действия

Определение

Генератор непрерывного волоконного лазера выдает непрерывный лазерный луч, а мощность поддерживается на относительно стабильном уровне. Эта особенность делает генератор непрерывного волоконного лазера выгодным в ситуациях, когда требуется долгосрочная стабильная выходная энергия.

Принцип работы

Принцип работы непрерывного лазерного генератора основан на процессе стимулированного излучения. В лазерной среде некоторые атомы или молекулы переходят на высокий энергетический уровень посредством ввода внешней энергии. Эти высокоэнергетические атомы или молекулы будут стимулироваться внешним миром, а затем перейдут на более высокий энергетический уровень в поле стимулированного излучения. В этом процессе атомы или молекулы, генерируемые лазерной средой, будут взаимодействовать с фотонами поля стимулированного излучения, чтобы генерировать излучаемые лазерные фотоны. Эти лазерные фотоны будут отражаться в резонансной полости, генерируя стимулированное излучение для других атомов или молекул, тем самым усиливая лазерный сигнал и в конечном итоге формируя непрерывный лазерный выход.

Особенности и преимущества

Высокая стабильность: непрерывный волоконный лазерный генератор может работать стабильно в течение длительного времени, гарантируя, что выход лазера во время производственного процесса не будет нарушен. Эта стабильность делает его превосходным в приложениях, требующих длительной бесперебойной работы, таких как крупномасштабное производство и автоматизированные производственные линии.
Высокая плотность мощности: непрерывный волоконный лазерный генератор может обеспечить лазерный луч с высокой плотностью энергии, что делает его пригодным для обработки с высокими требованиями к энергии. Его высокая плотность мощности особенно подходит для таких процессов, как резка и сварка толстых материалов, что может эффективно улучшить эффект и качество обработки.
Высокая скорость обработки: непрерывный волоконный лазерный генератор может быстро нагревать и плавить материалы благодаря непрерывности и высокой плотности мощности лазерного луча. Эта высокая скорость обработки значительно повышает эффективность производства и особенно подходит для крупносерийного производства, требующего быстрой обработки.
Высокая эффективность обработки: непрерывный волоконный лазерный генератор может поддерживать эффективную производительность обработки во время производственного процесса, что подходит для крупномасштабных, высокоэффективных производственных и технологических задач. Его высокая выходная мощность и стабильное качество лазера помогают повысить общую эффективность производства и точность обработки, а также снизить производственные затраты.

Приложение

Обработка крупного оборудования, например, транспортных средств и судового оборудования, резка больших стальных листов и другие виды обработки, которые не чувствительны к тепловому воздействию, но более чувствительны к стоимости.
Широко используется в волоконно-оптических системах связи для передачи и усиления сигнала, отличается высокой стабильностью и низким фазовым шумом.
В области научных исследований он используется для таких приложений, как спектральный анализ, эксперименты по атомной физике и лазерная радиолокация, и может обеспечивать выходной лазерный луч высокой мощности и высокого качества.

Генератор импульсного волоконного лазера

Определение

Лазер импульсного лазерного генератора является «прерывистым». Конечно, прерывистое время часто очень короткое, обычно измеряется миллисекундами, микросекундами или даже наносекундами и пикосекундами. По сравнению с непрерывными лазерами интенсивность импульсных лазеров постоянно меняется, поэтому существуют понятия «пиков» и «впадин».

Принцип работы

Основные компоненты импульсного лазерного генератора включают источник накачки, волоконный усилитель и модулятор. Во-первых, источник накачки инжектирует сильный лазерный свет в оптическое волокно. Атомы редкоземельных элементов в оптическом волокне поглощают энергию фотонов, заставляя электроны переходить на высокие энергетические уровни и возвращаться в основное состояние под действием стимулированного излучения, генерируя первичное излучение с той же частотой, что и свет накачки. Затем, после усиления длины волокна, свет постепенно становится сильнее. Наконец, модулятор посылает управляющий импульс, сжимая фотоны до определенной степени, чтобы сформировать короткий импульс. Импульсный лазерный генератор сжимает непрерывный лазерный свет в очень короткое время, чтобы вывести его, получая высокоэнергетический выход. Стоимость получения высокоэнергетического выхода от непрерывного лазера была бы очень высокой, и импульсные лазеры очень хорошо решают эту проблему.

Особенности и преимущества

Высокая пиковая мощность: Импульсные лазеры имеют высокую пиковую мощность и могут высвобождать много энергии за короткое время. Это делает импульсные лазеры важными для применения в таких областях, как обработка материалов, лазерное сверление и лазерная резка.
Узкая спектральная ширина: Спектральная ширина импульсных лазеров обычно узкая, что делает их высококогерентными. Это дает импульсным лазерам преимущества в таких областях, как оптическая связь и оптическое хранение, обеспечивая высокоскоростную и высокопроизводительную передачу данных.
Фазовая стабильность: импульсные лазеры обладают хорошей фазовой стабильностью, что очень важно для некоторых приложений, требующих когерентности и точного контроля времени, таких как спектральный анализ и интерферометрия.
Короткая длительность импульса: Длительность импульса импульсных лазеров обычно очень короткая, достигающая пикосекунд, фемтосекунд или даже аттосекунд. Короткая длительность импульса делает импульсные лазеры важными для применения в таких областях, как сверхбыстрая оптика, биовизуализация и прецизионные измерения.

Приложение

Импульсный лазер играет важную роль в научных исследованиях, особенно в области сверхбыстрой оптики. Он может быть использован для изучения динамических процессов вещества, молекулярных колебаний, движения электронов и химических реакций и т. д.
Импульсный лазер широко используется в медицинской визуализации и лечении. Например, фемтосекундный лазер может использоваться в хирургии коррекции роговицы, а пикосекундный лазер может использоваться для удаления пятен на коже и татуировок и т. д.
Импульсный лазер играет важную роль в области оптической связи и информационных технологий. Он может реализовать такие приложения, как высокоскоростная волоконно-оптическая связь, оптическое хранение и лидар.
Импульсный лазер широко используется в промышленном производстве. Такие приложения, как лазерная резка, лазерная сварка и лазерная маркировка, требуют высокой пиковой мощности и точно контролируемых лазерных импульсов.

Сравнение непрерывных и импульсных волоконных лазерных генераторов

После обсуждения основных различий между двумя волоконными лазерными генераторами мы продолжим сравнивать различия между двумя лазерными генераторами в реальных условиях применения, обсуждая выходную мощность, возможности резки, сварки и очистки, зоны термического воздействия, совместимость материалов, соображения стоимости и многое другое.

Выходная мощность

Источник накачки непрерывного волоконного лазерного генератора непрерывно обеспечивает энергию без перерыва, а выходная мощность остается неизменной. Выходная мощность непрерывного лазера, как правило, низкая, что подходит для случаев, требующих непрерывной работы лазера.
Генератор импульсного волоконного лазера сжимает энергию лазера в очень короткое время для выхода, поэтому он имеет большую выходную мощность лазера, чем непрерывный лазер, что подходит для случаев обработки, требующих высокой мощности и глубокого проникновения за короткое время.

Возможности резки, сварки и очистки

Резка: непрерывная машины для резки волоконным лазером подходит для быстрой и крупногабаритной резки; импульсный лазер подходит для высокоточной и мелкогабаритной резки.
Сварка: Оба могут использоваться для сварки. Непрерывная волоконно-лазерный сварочный аппарат больше подходит для обработки материалов с большей толщиной. Эффективность сварки выше, чем у импульсного лазерного сварочного аппарата, но импульсный лазер имеет больше преимуществ в прецизионной сварке и микросварке.
Уборка: Импульсный лазерный очистительный аппарат имеет высокая точность и необходимость строго контролировать повышение температуры подложки. Для сценариев применения, не требующих повреждения подложки, таких как пресс-формы, следует выбирать импульсные лазеры. Для некоторых крупных стальных конструкций, трубопроводов и т. д. из-за их большого размера и быстрого рассеивания тепла требования к повреждению подложки не высоки, поэтому машина непрерывной лазерной очистки можно выбрать.

Зона термического влияния

Импульсный лазер имеет небольшую зону термического воздействия на материал и малую деформацию, что подходит для небольшого прецизионного оборудования.
Непрерывный лазер выдает высокую мощность непрерывно и выделяет большое количество тепловой энергии за короткое время. Подходит для обработки большого оборудования, не чувствительного к тепловому воздействию, а скорость выше, чем у импульсного лазера.

Совместимость материалов

Совместимость материалов волоконных лазерных генераторов непрерывного излучения

Генераторы непрерывного волоконного лазера широко используются при обработке различных материалов благодаря стабильному выходу лазера и высокой плотности мощности. Совместимость с материалами в основном включает:

Металлические материалы: Генераторы непрерывного волоконного лазера могут эффективно резать, сваривать и пробивать металлы. Сюда входят такие распространенные металлы, как сталь, алюминий, медь, титан, серебро и т. д. Высокая плотность мощности позволяет лазерному лучу быстро проникать в поверхность металла для точной и эффективной обработки.
Неметаллические материалы: Помимо металлических материалов, непрерывные волоконные лазерные генераторы также подходят для обработки некоторых неметаллических материалов, таких как пластик, керамика и стекло. Под действием лазерного луча эти материалы могут быть обработаны в желаемую форму и размер путем плавления, испарения или химической реакции.

Композитные материалы: С широким применением композитных материалов в промышленности, непрерывные волоконные лазерные генераторы также продемонстрировали хорошие возможности обработки для этих материалов. Композитные материалы состоят из двух или более материалов с различными свойствами и обладают превосходными физическими и химическими свойствами. Непрерывные волоконные лазерные генераторы могут достигать точной обработки композитных материалов путем точного управления параметрами лазерного луча.

Совместимость материалов генераторов импульсных волоконных лазеров

Импульсные волоконные лазерные генераторы характеризуются короткой длительностью импульса и высокой пиковой мощностью, а также хорошо работают в области обработки материалов. Совместимость материалов в основном отражается в следующих аспектах:

Прецизионная обработка материалов: Импульсные волоконные лазерные генераторы особенно подходят для материалов с высокими требованиями к точности обработки. Их короткая ширина импульса позволяет лазерному лучу достигать чрезвычайно высокой плотности энергии за очень короткое время, тем самым достигая микрообработки и точной маркировки материалов.
Материалы с высокой отражательной способностью: Для материалов с высокой отражательной способностью, таких как медь и алюминий, эффект обработки непрерывных волоконных лазеров может быть ограничен в определенной степени. Импульсные волоконные лазерные генераторы могут эффективно преодолевать проблему отражения материалов благодаря своей высокой пиковой мощности и короткой длительности импульса и достигать точной обработки этих материалов.
Термочувствительные материалы: Короткое время импульсного воздействия импульсного волоконного лазерного генератора делает материал менее подверженным воздействию тепла в процессе обработки, поэтому он особенно подходит для термочувствительных материалов. Эти материалы склонны к деформации или растрескиванию во время обработки, и низкие характеристики теплового воздействия импульсного волоконного лазерного генератора позволяют эффективно избегать этих проблем.

Как непрерывные волоконные лазерные генераторы, так и импульсные волоконные лазерные генераторы превосходны в плане совместимости материалов, но каждый из них имеет разные преимущества и сферу применения. Непрерывные волоконные лазерные генераторы подходят для ситуаций, требующих долговременной стабильной обработки и высокой плотности мощности, и могут обрабатывать различные металлические и неметаллические материалы. Импульсные волоконные лазерные генераторы характеризуются короткой шириной импульса и высокой пиковой мощностью и особенно подходят для ситуаций, требующих высокой точности обработки и термических эффектов, таких как прецизионная обработка, обработка материалов с высокой отражательной способностью и обработка материалов, чувствительных к теплу. При выборе волоконного лазерного генератора необходимо всесторонне учитывать конкретные требования к обработке и свойства материала.

Соображения стоимости

Непрерывные лазерные генераторы обычно недороги и имеют ценовые преимущества, подходят для обработки на крупных производственных площадках.
Импульсные лазерные генераторы относительно дороги из-за своей высокой технической сложности и подходят для высокоточной обработки с высокой добавленной стоимостью.

Факторы, влияющие на ваш выбор

Благодаря вышеприведенному сравнению у нас есть общее понимание того, какой тип лазерного генератора выбрать. Кроме того, мы должны также учитывать факторы, которые влияют на наш выбор, такие как: требования к применению; скорость, точность и совместимость материалов; бюджетные соображения; первоначальные инвестиции и эксплуатационные расходы; будущие требования к масштабируемости и универсальности.

Требования к кандидатам

Задачи обработки: уточните тип задач обработки, которые необходимо выполнить, например, резка, сварка, маркировка, сверление и т. д. Различные задачи предъявляют разные требования к типу, мощности и производительности лазерного генератора.
Обработка материалов: необходимо знать тип, толщину, твердость, теплопроводность и другие характеристики обрабатываемого материала, поскольку эти факторы напрямую повлияют на выбор лазерного генератора.
Качество обработки: имеются ли особые требования к чистоте кромки обработки, размеру зоны термического влияния, точности.

Скорость, точность и совместимость материалов

Скорость обработки: Оцените необходимую скорость обработки в соответствии с производственными потребностями, чтобы определить, может ли лазерный генератор соответствовать требованиям эффективного производства.
Точность обработки: Для приложений, требующих высокоточной обработки, таких как прецизионное производство, обработка микроэлектроники и т. д., следует выбирать лазерный генератор, который может обеспечить более высокую точность обработки.
Совместимость материалов: Как упоминалось ранее, разные лазерные генераторы имеют разную совместимость с материалами. Убедитесь, что выбранный лазерный генератор может справиться с целевым материалом, и рассмотрите разнообразие материалов и возможные будущие изменения.

Бюджетные соображения

Первоначальные инвестиции: Оцените бюджет на покупку лазерного генератора, включая стоимость оборудования, стоимость вспомогательного оборудования (например, системы охлаждения, системы управления) и т. д.
Эксплуатационные расходы: рассмотрите долгосрочные эксплуатационные расходы лазерного генератора, такие как потребление энергии, стоимость технического обслуживания и стоимость расходных материалов.
Возврат инвестиций: проанализируйте ожидаемые выгоды и цикл окупаемости затрат после инвестирования в лазерный генератор, чтобы оценить экономическую целесообразность инвестиций.

Первоначальные инвестиции и эксплуатационные расходы

Стоимость оборудования: Цены на лазерные генераторы разных типов, марок и конфигураций сильно различаются, и выбор необходимо делать на основе бюджета и требований к производительности.
Эксплуатационные расходы: включая энергопотребление, расходы на систему охлаждения, расходы на техническое обслуживание и возможные расходы на расходные материалы и т. д. Эти расходы могут оказать существенное влияние на общую экономику в долгосрочной перспективе.

Будущие требования к масштабируемости и универсальности

Модернизация технологий: подумайте, поддерживает ли лазерный генератор будущие модернизации технологий и функции расширения, чтобы адаптироваться к меняющимся потребностям обработки.
Универсальность: выбор лазерного генератора с несколькими режимами обработки и функциями может повысить гибкость и эффективность использования оборудования, а также удовлетворить разнообразные производственные потребности.
Масштабируемость: оцените, легко ли интегрировать лазерный генератор с другим оборудованием и системами, а также поддерживает ли он будущее расширение и модернизацию производственной линии.

Подводя итог, при выборе непрерывного волоконного лазерного генератора или импульсного волоконного лазерного генератора вам необходимо полностью учесть требования к применению, скорость, точность и совместимость материалов, бюджетные соображения, а также будущие требования к масштабируемости и универсальности. Всесторонне взвесив эти факторы, вы сможете выбрать лазерный генератор, который наилучшим образом соответствует вашим потребностям.

Подведем итог

При выборе волоконного лазерного генератора важно понимать различия между непрерывными и импульсными волоконными лазерными генераторами. Оба имеют свои собственные характеристики и преимущества и подходят для различных сценариев применения и потребностей.

Благодаря стабильному выходу лазера и высокой плотности мощности непрерывный волоконный лазерный генератор подходит для случаев, требующих длительной непрерывной работы и крупномасштабной обработки. Он может обеспечить мощный, высокоэффективный лазерный выход и подходит для резки металла, сварки и систем оптоволоконной связи. Кроме того, поскольку его лазерный выход является непрерывным, его стоимость низкая, что делает его подходящим для большого оборудования и экономичных производственных приложений, которые не чувствительны к тепловым эффектам.
Импульсные волоконные лазерные генераторы с их высокой пиковой мощностью и короткой длительностью импульса хорошо работают в высокоточной обработке, микрообработке материалов и обработке термочувствительных материалов. Он может высвобождать большое количество энергии за очень короткое время, что дает ему значительные преимущества в сверхбыстрой оптике, медицинской визуализации, прецизионном производстве и других областях. Хотя его техническая сложность высока, а стоимость относительно высока, высокая пиковая мощность и точное управление, которые он обеспечивает, делают его особенно важным в приложениях с высокой добавленной стоимостью.

В практических приложениях выбор волоконного лазерного генератора зависит от многих факторов, включая требования к применению, скорость обработки, точность, совместимость материалов и бюджетные соображения. Непрерывные волоконные лазерные генераторы подходят для крупномасштабных задач обработки, требующих непрерывного и стабильного лазерного выхода, и являются экономически эффективными. Импульсные волоконные лазерные генераторы подходят для задач прецизионной обработки, требующих высокой точности, коротких импульсов и высокой пиковой мощности, особенно при обработке материалов с высокой отражательной способностью и термочувствительных материалов. Благодаря всесторонней оценке таких факторов, как требования к применению, скорость, точность, свойства материалов и бюджет, гибкий выбор и всесторонний учет этих факторов помогут оптимизировать производственный процесс, повысить эффективность производства и достичь наилучших экономических выгод.

Получить лазерные решения

Выбор правильного волоконного лазерного генератора может помочь оптимизировать энергопотребление и достичь высокой эксплуатационной эффективности. Работа с надежным поставщиком обеспечивает доступ к передовым технологиям, индивидуальным консультациям и постоянной поддержке. В AccTek Laser мы предлагаем полный спектр лазерного оборудования, разработанного для удовлетворения различных промышленных потребностей. Наши специалисты могут помочь вам выбрать наиболее энергоэффективную модель и конфигурацию, принимая во внимание такие факторы, как тип материала, толщина и объем производства. Мы также предлагаем передовые функции, такие как высокоэффективные лазерные генераторы, интеллектуальные системы охлаждения и программное обеспечение для управления энергопотреблением, чтобы максимизировать производительность и минимизировать потребление энергии. Кроме того, наша команда предоставляет регулярные услуги по техническому обслуживанию и техническую поддержку, чтобы поддерживать ваше оборудование на пике эффективности. Сотрудничая с AccTek Laser, вы можете добиться значительной экономии энергии, сократить эксплуатационные расходы и повысить свои усилия по обеспечению устойчивого развития. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о наших инновационных лазерных решениях и о том, как они могут принести пользу вашему бизнесу.

Лазерное оборудование

Контактная информация

Получить лазерные решения