IPG Fotonik Şirketi
Lazer ışığı, eğlence, bilimsel çalışmalar ve cerrahiden ileri ve ağır endüstriyel üretime kadar farklı sektörlerde kullanılabilir.

Fiber Lazerler 101

Lazer nedir?

"Lazer", Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Uyarılmış Radyasyon Yayılımı ile Işık Amplifikasyonu) kelimelerinin kısaltmasıdır. Daha basit bir ifadeyle, lazer enerjiyi ışığa dönüştürür, bu ışık optik sistemler aracılığıyla amplifiye edilir ve ardından yüksek enerjili bir ışın haline getirilir. Lazer ışığı, normal ışıktan farklı olarak kolimatlanabilir veya dağılıma daha az eğilimli hale getirilebilir ve ardından enerji yoğunluğunu büyük ölçüde artırmak için odaklanabilir. Birçok türde lazer vardır ve lazer ışığının kullanım alanları eğlence, bilimsel çalışmalar ve cerrahiden ileri ve ağır endüstriyel üretime kadar uzanır.

Tüm lazerler temel bir bileşen setini paylaşır. Lazerler, ışığın gücünü amplifiye etmek için kullanılan bir kazanç ortamı ile başlar — lazer kazanç ortamları gazlar, boyalar, diyotlar, kristaller ve optik fiberleri içerir. Daha sonra, elektrik akımı veya ışık kaynağı gibi bir enerji kaynağı, kazanç ortamını pompalamak için kullanılır. Gerekli enerji üretildikten sonra, kısmi ve toplam yansıtıcılar olarak bilinen yansıtıcı malzemeler lazer çıkışını kontrol eder ve bu çıkış, mevcut uygulama için gerektiği şekilde ayarlanır ve odaklanır.

Lazer Parametreleri

 

Lazer Dalga Boyu Tablosu

 

Lazer Dalga Boyu

Nanometre (nm) veya mikron (µm) cinsinden ölçülen lazer dalga boyu, ışık dalgasının ardışık tepe noktaları arasındaki mesafedir. Lazer dalga boyları genellikle derin ultraviyole ile orta kızılötesi (IR) arasında değişir ve ~400 ila ~700 nm aralığında insan gözüyle görülebilir.  

Dalga boyu, birçok uygulama için kritik bir husustur, çünkü malzemeler ışığın enerjisini emme şekilleri açısından genellikle büyük farklılıklar gösterir. Malzemeler lazer ışınının enerjisinin bir kısmını emer ve geri kalanını yansıtır — ikisi arasındaki denge, farklı bir lazer dalga boyunun kullanılmasını gerektirebilir. Dalga boyu, mikroskopi, optik tuzaklama ve ultrasonik gibi gelişmiş ve bilimsel uygulamalar için de kritik öneme sahiptir.

Yaklaşık 1000 nm'lik yakın kızılötesi dalga boyları, özellikle metallerin işlenmesinde başlangıç noktası olarak kullanılır. Bunun nedeni, yakın kızılötesi lazerlerin daha yüksek güç sunması, daha az karmaşık olması ve genellikle daha uygun maliyetli olmasıdır. Çoğu metal, yakın kızılötesi veya görünür aralıktaki ışığı verimli bir şekilde emer. Alüminyum ve bakır gibi yüksek kızılötesi yansıtma özelliğine sahip metaller bile, daha yüksek güç yoğunlukları ile malzeme yansımalarını aşan yakın kızılötesi lazerlerle işlenir.

Çeşitli polimerler, seramikler, cam ve diğer ametaller genellikle orta kızılötesi ile derin ultraviyole dalga boylarına sahip lazerlerle işlenir. Şeffaf polimerler ve camlar, yakın kızılötesi ışığa karşı şeffaf veya neredeyse şeffaftır ve yakın kızılötesi ışığın çoğunu emilmeden geçirir. Sonuç olarak, yakın kızılötesi ışığı kolayca emen malzemeler, bir polimer veya cam tabakası aracılığıyla işlenebilir.

 

Lazer Gücü

Ortalama güç olarak da adlandırılan lazer gücü, watt (W) cinsinden ölçülür. Bir lazerin ortalama gücü, belirli bir süre içinde hedef malzemeye ne kadar enerji aktarıldığını gösterir. Lazer gücü gereksinimleri, farklı uygulamalar için birçok büyüklük sırasına göre değişir. Birçok algılama, veri işleme, telekom, tıbbi veya bilimsel uygulama, birkaç miliwatt ila onlarca watt arasında güç kullanır. Metal dışı işleme uygulamaları genellikle birkaç watt ila birkaç yüz watt arasında ortalama güç gerektirir. Metal imalat uygulamaları, bazı mikroişleme uygulamalarında yüzlerce watt'tan, kalın metal kesme ve kaynak uygulamalarında ise düzinelerce veya daha fazla kilowatt'a kadar güç gerektirir.

 

Çeşitli lazer çalışma modları için tepe güç tablosu.

 

Lazer Çalışma Modu

Lazerler, sabit bir ortalama güç akışı sağlamak için sürekli bir ışık demeti yayabilirler – bu mod, Sürekli Dalga (CW) olarak adlandırılır ve en yaygın lazer çalışma modudur. Lazerler, darbeli çalışma modunda da kullanılabilirler. Darbeli lazerler, saniye başına darbe sayısı (tekrarlama oranı), lazer darbesinin toplam enerjisi (darbe enerjisi), darbe tarafından elde edilen en yüksek güç (tepe güç) ve her darbenin uzunluğu (darbe süresi) ile karakterize edilir.

CW lazerler gibi, zaman içindeki darbeli lazer çıkışı ortalama güç olarak temsil edilir. Darbeli lazerler, ortalama güçleri CW lazerinkine eşit olsa bile, hedef malzemeyi farklı şekilde etkiler. Darbeli lazerler genellikle çevredeki malzeme üzerindeki termal etkiyi en aza indirirken veya daha yüksek tepe gücü gerektiğinde parçaları işlemek için kullanılır. Uzun darbeli yarı sürekli dalga (QCW) lazerler, milisaniye cinsinden ölçülen darbeler ve yüksek tepe güçleri kullanarak, daha az ısı girişi ve daha düşük güçlü lazerlerle CW lazer işlemesini taklit eder. Nanosaniye ve ultra hızlı (pikosaniye/femtosaniye) lazerler, aşırı ısı girişinin kabul edilemez olduğu veya çok yüksek tepe güçlerinin gerekli olduğu mikroişleme uygulamaları için son derece kısa darbelerden yararlanır.

Genel olarak, CW lazerler en yüksek ortalama güçleri ve dolayısıyla en hızlı işleme hızlarını sunar. CW lazer ile darbeli lazer arasında seçim yaparken dikkate alınması gereken birçok husus vardır, ancak verim ile parça kalitesi arasında denge kurmak genellikle en önemli husustur. Sac kesme gibi birçok uygulama, kesme hızlarını büyük ölçüde artırmak için yüksek güçlü CW lazerlerden yararlanır ve kusursuz kenar kalitesine ihtiyaç duymaz. Ancak, ultra ince folyo yığınlarını keserken, mükemmel kenar kalitesini sağlamak ve olumsuz ısı etkilerini azaltmak veya ortadan kaldırmak için genellikle nanosaniye ve ultra hızlı darbeli lazerler kullanılır.

 

Çok modlu ve tek modlu lazer ışını profillerinin örneği.

Sol: daha büyük spot boyutuna sahip çok modlu ışın profili. Sağ: daha küçük spot boyutuna sahip tek modlu ışın profili.

 

Lazer Nokta Boyutu ve Işın Kalitesi

Lazer ışını hedef malzemeyle temas ettiğinde, spot olarak adlandırılan bir lazer ışığı alanı oluşturur. Genellikle µm cinsinden ölçülen spot boyutu, lazerin hedefle nasıl etkileşime gireceğini belirleyen kritik bir faktördür. Spot boyutu, farklı iletim fiberleri ve odaklama lensleri kullanmak, ışın iletimi ile hedef arasındaki mesafeyi değiştirmek ve daha uzun veya daha kısa dalga boyları kullanmak gibi çeşitli yollarla kontrol edilebilir.

Spot boyutunun küçültülmesi, ışının enerjisini daha küçük bir alana yoğunlaştırarak lazer gücünün daha verimli kullanılmasını sağlar. Daha yüksek enerji yoğunluğu, lazer ışınının malzemeyi delmesi için gereken süreyi azaltarak işleme hızlarının artırılması için yararlıdır. Küçük spot boyutları, çeşitli mikroişleme uygulamaları ve ince özellikler gerektiren parçalar için de gereklidir. Ancak, yapısal kaynak gibi birçok uygulamada, daha geniş bir alanı işlemek ve gerekli ışın hareketini azaltmak için spot boyutunun artırılması en uygun seçenektir.

Işın kalitesi, genellikle M cinsinden ölçülür2 tek modlu lazerler için (tipik spot boyutu: 20 ila 50 µm) ve çok modlu lazerler için Işın Parametre Ürünü (BPP) (tipik spot boyutu: 100+ µm), pratikte bir lazer ışınının ne kadar odaklanabileceğini gösteren önemli ve karmaşık bir lazer parametresidir. Düşük M2 ve BPP değerleri, daha yüksek ışın kalitesiyle örtüşmektedir. M değerindeki bir ışın kalitesi2 = 1, ışının hiçbir sapma göstermediği ve kusursuz kabul edildiği anlamına gelir. Bu durum gerçek cihazlarla tam olarak elde edilemese de, endüstriyel fiber lazerler güvenilir bir şekilde M sınıfı ışın kalitesine ulaşabilir2 =< 1.1. For applications that require strongly focused beams like cutting, drilling, and welding, higher beam qualities improve processing speeds and qualities. Some applications, like wide area laser heat treatment and cleaning, do not require particularly high beam qualities, instead benefitting from less focused laser energy.

Fiber Lazerler Nedir?

Fiber lazerler, kazanç ortamı görevi gören silika camdan yapılmış bir optik fiber kablo aracılığıyla ışığı yönlendirir ve elektrik akımıyla pompalanır. Bu iletim yöntemi, elektriğin ışığa verimli bir şekilde dönüştürülmesi ile birleştiğinde, fiber lazerleriCO2 lazerler gibi eski lazerlerden veya disk lazerler gibi alternatif teknolojilerden birçok durumda çok daha pratik bir çözüm haline getirir. Karmaşık optik sistemler, sık servis gereksinimleri veya sarf malzemeleri gerektirmeyen fiber lazer teknolojisi, entegrasyonu çok daha kolaydır ve lazer tabanlı üretim, tıbbi uygulamalar ve bilimsel çalışmalar üzerinde devrim niteliğinde bir etki yaratmıştır.

Fiber lazer ile diğer lazer ortamları arasındaki özellik karşılaştırma tablosu.

Optik fiberin benzersiz özellikleri, onu ideal bir aktif kazanç ortamı ve lazer rezonatör malzemesi haline getirir. Esnek, kullanımı kolay ve çeşitli uzunlukları destekleyebilen fiberin devasa yüzey/hacim oranı, ısı giderimini kolaylaştırır ve termal merceklemeyi önlemeye yardımcı olur. Farklı tip, bileşim ve çekirdek çaplarına sahip fiberler, serbest alan optiği ve bunun getirdiği kontaminasyon, hasar ve yanlış hizalama risklerine gerek kalmadan pompa kaynakları, optik amplifikasyon ve ışın iletimi fiberini birleştiren karmaşık optik sistemler oluşturmak için eklemlenebilir.

IPG Fiber Lazer Teknolojisi

Eşsiz teknoloji platformumuz, IPG lazerlerin diğer rakip lazer teknolojilerinin sağlayabileceğinden daha düşük maliyetle daha yüksek çıkış gücü ve üstün ışın kalitesine sahip olmasını sağlar. Tescilli tasarımlarımız, IPG'nin onlarca yıllık yoğun yatırım ve yeniliklerle mükemmelleştirdiği yenilikçi pompalama teknikleri ve yüksek performanslı bileşenlere dayanmaktadır. IPG fiber lazer teknolojisinin temel taşları, kaplama yan pompalama tekniğimiz ve dağıtılmış tek yayıcı diyot pompalama mimarimizdir.

 

Diyot Pompalama Teknolojisi

 

Kaplama yan pompalama tekniği ve dağıtılmış tek yayıcı diyot pompalama mimarisi, IPG'nin fiber lazer teknolojisinin temel taşlarıdır.

 

Sınıfının en iyisi diyot pompa teknolojisi, telekomünikasyon sektöründeki engin deneyimimiz ve teknoloji yatırımlarımızdan yararlanmaktadır. Tek yayıcı diyotlarımız, telekomünikasyon sektöründe kanıtlanmış teknoloji ve süreçler kullanılarak üretilmektedir ve her bir yonga, telekomünikasyon sektörünün titiz standartlarına uygunluk sertifikasına sahiptir. Bu da IPG'yi, kısa ömürlü diyot çubukları ve çubuk yığın teknolojileri kullanan alternatif endüstriyel pompa ürünlerinden ayırmaktadır. Sonuç olarak, IPG tek yayıcı diyotları, çubuk yığın pompalarına göre bir derece daha yüksek pompalama parlaklığı ve iki kat daha fazla güç verimliliği sunar. Tek yayıcı pompalar, yüksek basınçlı deiyonize su kullanan pahalı, güvenilmez ve karmaşık mikrokanal soğutucular gerektiren çubuk yığınlarının aksine, basit su veya hatta zorla hava soğutma kullanabilir.

Daha Fazla Bilgi Edinin

 

 

Yan Pompalama Teknolojisi

 

Dr. Valentin Gapontsev ve Dr. Igor Samartsev tarafından geliştirilen yan pompalama tekniğini gösteren şematik diyagram

 

Fiber lazerler, kolimatlanmış lazer çıkışı oluşturmak için lazer diyotlarından gelen ışığı birleştirmeli ve toplamalıdır. IPG tek yayıcı diyotlarının çıkışı, 100 mikron kadar küçük çekirdek çaplarına sahip fiberlere toplanır. Dr. Valentin Gapontsev ve Dr. Igor Samartsev tarafından geliştirilen yan pompalama tekniği kullanılarak, birçok pompa diyotundan gelen ışık, aktif kazanç fiberinin kaplamasına verimli bir şekilde birleştirilir. Pompa ışığı, kaplama içinde çoklu yansımalara uğrar ve ışığın nadir toprak iyonları tarafından emilip yeniden yayıldığı tek modlu çekirdekle sık sık kesişir. Bu zarif mekanizma, diyot ışığını olağanüstü bir verimlilikle fiber lazer ışığına dönüştürür.

Fiber lazer teklifimiz hakkında daha fazla bilgi almak için IPG ile iletişime geçin.

IPG Fiber Lazerler Hakkında Daha Fazla Bilgi Edinin

Miliwatt gücünden yüz kilowattın üzerine, UV'den orta IR'ye ve sürekli dalgadan femtosaniye darbelerine kadar, IPG lazerler, malzeme işleme, tıbbi operasyonlar ve bilimsel çalışmalar dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda sonuçları optimize etmek için endüstri lideri teknolojiyle çalışır.

En geniş fiber lazer yelpazesi ve fiber lazer özelliklerinin üretkenliği nasıl en üst düzeye çıkarabileceği ve daha fazlasını mümkün kılabileceği hakkında daha fazla bilgi edinin.

Daha Fazla Bilgi Edinin
IPG Görüntüsü

IPG Fiber Lazer Teknolojisi Hakkında Daha Fazla Bilgi Edinmek İster Misiniz?

Aklınızda bir proje varsa veya sadece IPG fiber lazer teknolojisi hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, bir IPG lazer uzmanı size yardımcı olmaya hazırdır.