Оптоволоконный лазер принцип работы реферат

Обновлено: 25.06.2024

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Реферат по физике на тему

Выполнила Налётова Е.А.
Проверил Лосев В.В.

1. Вступление. 3

2. Что такое лазер. 3

2.1 Первый лазер 3

2.2 Оптический квантовый генератор или лазер. 4

2.3 Лазер в работе. 5

3. Разновидности лазеров. 5

3.1 Газовые лазеры. 5

3.2 Газодинамический лазер. 6

3.3 Лазеры на красителях. 6

4. Функции лазерного луча. 7

5. Лазер в медицине. 8

5.1 Лазер в хирургии. 9

5.2 Лазер на охране зрения. 9

5.3 Лазер в гастроэнтерологии. 10

5.4 Лазер в стоматологии. 11

5.5 Меры безопасности. 11

6. Недавнее открытие. 11

7. Заключение. 12

Список литературы 13

Вступление.

Одним из самых замечательных достижений физики второй половины двадцатого века было открытие физических явлений, послуживших основой для создания удивительного прибора -оптического квантового генератора, или лазера.

Что такое лазер.

Первый лазер

Работы по лазерам в лаборатории люминесценции ФИАН возникли по инициативе Н. Г. Басова, вызванной тем, что, начиная с 1958 года были опубликовали статьи о перспективности получения генерации в оптической области спектра с использованием индуцированного излучения. А затем американскими учеными (Мейманом и другими) в 1960 году были получены обнадеживающие результаты с рубином. А.М. Леонтович, М.Д. Галанин, З.А. Чижикова занялись этой проблемой.

Весной 1961 г. эта группа учёных создала лазерную установку, в которой образец рубина с концентрацией хрома 0,05% и длиной 4см накачивался 2 импульсными лампами в кожухе с напылением MgO. На этой установке они добились генерации 18 сентября 1961 года.

Тогда был какой-то предрассудок насчет формы образцов — все первые рубины были в форме параллелепипедов, и американские, и наши. Позже было понято, что это не играет роли, что важна только параллельность торцов кристаллов, на которые тогда и наносились зеркала. Потом появились образцы цилиндрической формы, и также, когда стали применять внешние зеркала — с брюстеровскими торцами.

Оптический квантовый генератор или лазер.

Лазер также называется оптический квантовый генератор или генератор когерентного излучения. Разберем его устройство на примере сбора одной модели лазера.

Рядом со стержнем поместим осветитель, его называют лампой накачки. Лампа будет импульсивной, вроде тех ламп–вспышек, которыми пользуются фотографы. Все процессы в атомах проходят за миллионные доли секунды, так что надолго включать её нет смысла. Осветитель вместе со стержнем окружим отражателем, чтобы ни один квант света накачки не пропал зря. Возле торцов рабочего стержня установим два зеркала: сзади – глухое, отражающее весь падающий на него свет, спереди – полупрозрачное. Зеркала необходимо установить строго параллельно друг другу и перпендикулярно оси стержня. Лазер готов. Осталось включить лампу.

К несчастью увидеть своими глазами процесс, происходящий в лазере после вспышки лампы, мы не сможем. Он проходит слишком быстро. Но представить его можно.

Лазер в работе.

После вспышки лампы поток световой энергии попадает на стержень. Его атомы быстро переходят в возбуждённое состояние. С каждым мгновением таких возбужденных атомов становиться всё больше и больше. Долго в возбуждённом состоянии они не живут, в среднем всего одну стомиллионную долю секунды, а потом переходят в нормальное состояние, излучив при этом свет. Лампа все ещё горит, и атомы вновь возбуждаются. Когда несколько атомов случайно излучают кванты вдоль оси стержня, начинается процесс накапливания энергии. После каждого столкновения с атомами число квантов удваивается, поток излучения движется вдоль стержня и растёт, как лавина. Отражаясь в зеркалах, излучение многократно пронизывает стержень, заставляя все атомы без исключения внести свою долю энергии в общий поток света. Сквозь полупрозрачное зеркало этот свет вырывается наружу. Происходит вспышка. Её длительность всего около одной миллионной секунды. А лампа всё ещё горит, и через три миллионных доли секунды всё повторяется снова. И опять, и опять, до тех пор, пока яркости света уже потухающей лампы не станет мало для поддержания генерации. Именно так был сделан и работал первый лазер, построенный на кристалле рубина.

Не вся энергия лампы накачки преобразуется в лазерную вспышку. Большая её часть, к несчастью, уходит на бесполезный и даже вредный нагрев стержня и зеркала. Мощные импульсные лазеры охлаждают потоком воздуха, воды, а иногда и жидким азотом. Частота повторения импульсов зависит то того, насколько хорошо стержень лазера выдерживает высокую температуру. Неодимовые и рубиновые лазеры дают одну – две вспышки в секунду, лазер на гранате – несколько сотен. Рекордная частота генерации для импульсного лазера двенадцать миллионов вспышек в секунду. Излучение таких лазеров воспринимается уже как непрерывное.

Разновидности лазеров.

Газовые лазеры.

Газовые лазеры представляют собой, пожалуй, наиболее широко используемый в настоящее время тип лазеров и, возможно, в этом отношении они превосходят даже рубиновые лазеры. Газовым лазерам также, по-видимому, посвящена большая часть выполненных исследований. Среди различных типов газовых лазеров всегда можно найти такой, который будет удовлетворять почти любому требованию, предъявляемому к лазеру, за исключением очень большой мощности в видимой области спектра в импульсном режиме.

Газовые лазеры были созданы почти одновременно с рубиновыми лазерами, в том же 1960 году. Их рабочее вещество различные газы, заключённые в стеклянные трубки. Давление газов в этих трубках очень низкое, в сотни раз меньше атмосферного. На концах трубки – окошки, через которые луч света выходит наружу. Трубка также помещается между зеркалами. Всё, как в импульсном лазере, только лампы накачки нет. Газы при низком давлении хорошо проводят электрический ток, поэтому их атомы можно возбуждать электрическим разрядом. Ток проводится через проволочки – электроды, впаянные в стеклянную трубку. Трубка с возбуждённым газом светится, а из её торцов выходят лучи. Цвет лучей зависит от газа заключённого в трубку. Смесь гелия с неоном даёт красный луч, аргон – синий, ксенон – зелёный, криптон – жёлтый, а углекислый газ – невидимый тепловой, инфракрасный луч. Есть даже лазер на водяных парах. Изобретен он был в конце 20 века. Такой лазер даёт мощное тепловое излучение. Длина его волны чуть больше одной десятой миллиметра. Это самое длинноволновое излучение, полученное при помощи лазера.

Разреженный газ в лазерной трубке очень мало рассеивает свет. Размеры трубок газовых лазеров можно делать очень большими: лазер длиной 5–10 метров – вещь довольно обычная. Мощность его излучения может достигать тысячи ватт, то есть одного киловатта.

Газодинамический лазер.

Газодинамический лазер похож на реактивный двигатель и работает также. В его камере сгорания сжигается угарный газ (окись углерода) с добавкой топлива (керосина, бензина, спирта). Получившаяся при этом смесь газов состоит из углекислого газа, азота и паров воды. Молекулы газов возбуждены, ведь температура в камере сгорания доходит до тысячи с лишним градусов, а давление – до 20 атмосфер. Эти раскалённые газы из камеры сгорания вытекают через расширяющееся реактивное сопло, его ещё иногда называют соплом Лаваля. В нём газ разгоняется до сверхзвуковой скорости, охлаждаясь почти до нуля! Проносясь между зеркалами, молекулы газа начинают отдавать энергию в виде световых квантов, рождая лазерный луч, мощность которого 150–200 киловатт. И это мощность не отдельной вспышки, а постоянного, устойчивого луча, сияющего, пока у лазера не кончиться горючие.

Лазеры на красителях.

Называются они так потому, что их рабочая жидкость – раствор анилиновых красок (вроде тех, которыми красят шерсть и хлопок) в воде, спирте, кислоте и других растворителях. Жидкость налита в плоскую ванночку – кювету. Кювета, разумеется, установлена между зеркалами. Вместо лампы–вспышки на первых порах использовались импульсные рубиновые лазеры, а позднее – газовые. Лазер–накачку помещают рядом, вводя его луч в кювету через окошко в корпусе. Сейчас, правда, удалось добиться генерации света и с импульсной лампой, но не на всех красителях.

Растворы могут излучать импульсы света различной длины волны – от ультрафиолета до инфракрасного света – и мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт (миллионов ватт), в зависимости от того, какой краситель налит в кювету.

Также бывают жидкостные и полупроводниковые лазеры.

Функции лазерного луча.

Основная область применения маломощных импульсных лазеров связана с резкой и сваркой миниатюрных деталей в микроэлектронике и электровакуумной промышленности, с маркировкой миниатюрных деталей, автоматическим выжиганием цифр, букв, изображений для нужд полиграфической промышленности.

В последние годы в одной из важнейших областей микроэлектроники - фотолитографии, без применения которой практически невозможно изготовление сверхминиатюрных печатных плат, интегральных схем и других элементов микроэлектронной техники, обычные источники света заменяются на лазерные. С помощью лазера на ХеСL (1=308 нм) удается получить разрешение в фотолитографической технике до 0,15 - 0,2 мкм.

Дальнейший прогресс в субмикронной литографии связан с применением в качестве экспонирующего источника света мягкого рентгеновского излучения из плазмы, создаваемой лазерным лучом. В этом случае предел разрешения, определяемый длиной волны рентгеновского излучения (1=0,01-О,001 мкм), оказывается просто фантастическим.

Лазерный луч может передавать сигналы, как радиоволны или электрический ток. Первая в СССР линия оптической связи передавала телефонные разговоры между Москвой и Красногорском по открытому лучу. Один из лазеров был установлен на башне высотного здания МГУ. Лазерный луч может идти по стеклянным нитям, как ток по проводам. Благодаря этому получают фотографии изнутри внутренних органов (например, желудка) вводя волоконный световод через пищевод больного.

Лазерный луч сжигает любой, даже самый прочный и жаростойкий материал. Движением режущего луча управляет ЭВМ, так что можно мгновенно определять точность резания и вносить требуемые поправки. Тонкую, вольфрамовую проволоку для электрических лампочек протягивают через отверстия в алмазах, пробитые лазерным лучом. Рубиновые подшипники (камни для часов) обрабатывают на лазерных станках–автоматах. Точность лазерных измерений очень высока.

Сегодня лазерная установка отмечает малейшие движения грунта под знаменитой Пизанской башней.

Лазеры так же используются в сельском хозяйстве, агрономы облучают им посадочный материал и получают ошеломляющие результаты, урожайность облучённого продукта выше прежней на 40%.

Лазеры используются в военной промышленности, в данный момент существует достаточно большое количество лазерного оружия, но оно не совершенно, атмосферные явления снижают его эффективность, а вот в космосе он не заменим. Военное министерство США занялось оснащением лазерным оружием космических платформ.

В шоу бизнесе вы, наверное, не редко замечали иные световые эффекты применяемые для украшения сцен, это картины нарисованы лазерным лучом, а когда – ни будь, возможно, специалист по лазерной оптике станет в театре столь же привычной фигурой, как гримёр или декоратор.

Лазер в медицине.

Основными преимуществами, стимулирующими применение лазеров в медицине, являются радикальность лечения, снижение сроков вмешательства, уменьшение числа осложнений, кровопотери, улучшение условий стерильности и т. д. В медицинских целях используются, в основном, твердотельные и газовые лазеры. Перспективным направлением можно считать применение излучения низкоэнергетических лазеров в видимой части спектра для стимулирования репаративных процессов при хронических длительно не заживающих ранах, трофических язвах, замедленной консолидации переломов, заболеваний обменного характера и др.

Лазер в хирургии.

А что может быть нежнее прикосновения луча света? Современная техника предложила инструмент, сочетающий в себе оба эти требования, - световой луч!

Бывают случаи, когда необходимо разрушить повреждённую ткань, не затрагивая близлежащих и на пути стоящих сосудов. Тогда применяют гелий–неоновый или криптоновый лазер; луч красного цвета пройдёт сквозь кровеносные сосуды, не принеся вреда, прямо в нужную точку. Это применяют в урологии при каменной болезни почек, лазер раздрабливает почечные камни, превращая их в песок, тем самым не нанося не каких повреждений тканям, стоящим на пути.

Лазер на охране зрения.

Чрезвычайно полезным и удобным оказался лазер в офтальмологии – области медицины, ведающей зрением.

Лазерный луч можно ввести в глаз прямо через зрачок. С его помощью можно отрезать ненужные сосуды, заварить те, которые протекают, и ликвидировать следы кровоизлияний.

Так же с помощью лазера офтальмологи лечат глаукому. Это опасное глазное заболевание, которым страдает три процента населения планеты. Оно возникает, когда в глазу повышается давление жидкости. Нужна сложная и опасная операция. Гигантские импульсы лазера могут пробить в задней поверхности радужной оболочки глаза микроскопические отверстия, не успев нагреть живую ткань. Они послужат канальцами для оттока внутриглазной жидкости. В итоге давление нормализуется, угроза слепоты отступает.

Лазер в гастроэнтерологии.

При помощи лазера делают операции желудка и кишечника. Их стенки состоят из множества слоёв ткани, пронизанных кровеносными сосудами. При операции эти слои сшивают поочерёдно, сильно травмируя при этом ткань. К тому же всё время остаётся вероятным, что какой – то слой будет случайно проколот и это приведёт к перитониту – воспалению брюшной полости. Лазерный луч может один за другим аккуратно заварить эти слои тем самым, остановив кровотечение.

Любой хирургический инструмент перед операцией нуждается в стерилизации. Лазерному лучу не только это не надо, но и он сам способен обеззараживать раны, убивая микробов и испаряя отмирающие ткани.

Целительный луч можно ввести прямо в желудок больного при помощи гибкого световода и оперировать, не вскрывая брюшной полости. Но не только в желудок можно ввести световод, но и в сердце. Лазерный луч способен провести операцию на сердце изнутри, освободив больного от страданий.

Лазер в стоматологии.

В стоматологии лазер с успехом заменяет сверло. Прежде чем накладывать пломбу, необходимо удалить почерневшую, пораженную кариесом ткань зуба. Для многих людей сверление зубов - процесс болезненный и неприятный. Однако, похоже, в скором времени проблем с этим не будет. Световой импульс лазера хорошо отражается от белой блестящей поверхности здоровой зубной ткани и поглощается потемневшей, больной, которую он разогревает и испаряет вместе с микробами.

Меры безопасности.

Все возрастающий интерес к использованию лазеров в медицине привел к необходимости создания специальных лазерных отделений и операционных, достаточно приспособленных к безопасной эксплуатации. Главным вопросом становится защита медицинского и технического персонала от влияния вредных факторов лазерного излучения.

Операционное помещение должно удовлетворять следующим специальным требованиям: стены и потолок помещения должны быть окрашены темной матовой краской, а стекла окон — белой матовой краской, чтобы предохранить зрение врача и пациента от поражения лазерным излучением, случайно отраженным от стен и потолка помещения. В нем необходима хорошая приточно-вытяжная вентиляция, входные двери должны быть оборудованы светящимся табло лазерной опасности, загорающимся при включении установки.

Недавнее открытие.

Любопытное открытие сделали специалисты биофизической лаборатории The University of Texas at Austin (США). Используя лазерное излучение низкой интенсивности, ученые смогли не только значительно ускорить регенерацию поврежденных отростков нервных клеток, но и изменить направление их роста.

Впервые идея манипулирования нейронами с помощью лазерных лучей возникла в начале 2001 года. Было создано устройство, которое можно условно назвать оптическим манипулятором, позволяющее перемещать живые микроскопические объекты, обладающие способностью проводить электрические импульсы. Эффект такого перемещения основывается на способности белковых молекул, принимающих участие в регенерации, "притягиваться" к центру пучка лазерного света.

Пока подобные манипуляции возможны только с отдельными нервными клетками in vitro. Используя тончайший пучок лазерного света, исследователи изменяют общее направление роста нейронов более чем на 90 градусов и увеличивают скорость их регенерации примерно в шесть раз.

В настоящее время ученые разрабатывают технологию одновременного равномерного воздействия лазерного луча на множество нейронов. Если их работа окажется успешной, возможно, метод найдет применение в клинической практике.

Несколько совмещённых изображений Нерона, находящегося под воздействием лазерного луча. Наблюдается рост клетки под углом: от исходной (нижней) позиции до конечной (верхней). Время эксперимента 20 минут.

Заключение.

Всего 44 года прошло с момента изобретения лазера. За это время он успешно и глубоко укоренился в человеческой жизни. Многие функции лазера стали просто незаменимы. Да ещё вдобавок лазер режет, сваривает, куёт, закаливает, сверлит, кроит, проверяет качество обработки деталей и делает множество других, не менее важных дел, для которых, казалось бы, совершенно не годиться луч света. Но это не так.

Благодаря нему многие процессы в промышленности упростились, были найдены новые методы лечения, измерения, регулировки и др. А ведь раньше никто и предположить не мог, что из забавного математического курьеза, получится такое замечательное изобретение, как лазер.

Список литературы

Лазеры в клинической медицине. Под ред. Д. С. Плетнева. — М., Медицина.

Энциклопедический словарь юного физика (гл.редактор Мигдал А.Б.) Москва “Педагогика” 1991г.

материалы микро- и оптоэлектроники: кристаллы и световоды

Волоконные лазеры. Материалы микро- и оптоэлектроники: кристаллы и световоды ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Волоконные лазеры являются одним из наиболее ярких достижений современной лазерной физики и волоконной оптики. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными лазерами, к числу которых относятся следующие:

• эффективный теплоотвод;
• высокое качество выходного излучения;
• высокие стабильность и надежность лазера;
• эффективность накачки;
• компактность и малый вес.

Эти преимущества позволяют волоконным лазерам не только находить свою нишу в ряде применений, но и в некоторых случаях заменять традиционные лазеры. Наибольший интерес с практической точки зрения представляют мощные непрерывные волоконные лазеры на основе активных кварцевых волоконных световодов, легированных ионами редкоземельных металлов, и волоконные лазеры на основе вынужденного комбинационного рассеяния (ВКР).

В обычном лазере в качестве активной среды используется кристалл или стекло, легированное ионами элемента, который люминесцирует при оптическом возбуждении. В качестве таких элементов наибольшее распространение получили редкоземельные металлы — неодим, иттербий, эрбий и др. Для оптического возбуждения применяются мощные лампы или полупроводниковые излучатели. Для получения генерации активный элемент помещается в резонатор, образованный двумя зеркалами — глухим и полупрозрачным, — через которое выходит излучение. Такие лазеры требуют юстировки зеркал и их жесткой фиксации. Кроме того, существуют проблемы, связанные с нагревом активной среды.

Если в начале эры волоконных лазеров в качестве активной среды использовались только волокна на основе кварца [77−80], то в последнее десятилетие появился ряд работ, где в качестве среды рассматривается использование галогенидсеребряных волокон. В данном случае активные добавки остаются теми же, однако появляется возможность выводить из волокна излучение большей длины волны, что позволяет говорить о переходе к волоконным лазерам среднего ИК-диапазона, которые будут обладать большей мощностью. Так, исследователи [63, 81] показали возможность использования кристаллов твердых растворов галогенидов серебра, легированных ниодимом и празеодимом, для изготовления волоконных лазеров с полосами люминесценциив спектральном диапазоне 4,5−5,8 мкм и 3,0−5,5 мкм соответственно.

В области разработки волоконных лазеров также существует проблема увеличения поля моды световедущего волокна с сохранением одномодового режима. Несмотря на то, что эффективность накачки активного элемента является более высокой для многомодового волокна, мощность излучения необходимо выводить из лазера уже в одномодовом виде. При накачке в оболочку это решается так: распространяясь по многомодовому световоду, излучение накачки поглощается активными ионами редкоземельного элемента, вызывая люминесценцию, которая при наличии обратной связи может развиться в лазерную генерацию. При этом область генерации оказывается локализованной в одномодовой сердцевине, т. е. ее характерный поперечный размер составляет.

5−10 мкм. Принцип преобразования многомодового излучения накачки в одномодовое излучение волоконного лазера иллюстрируется на рис. 5.60.

Рис. 5.60. Модельный профиль показателя преломления (а) и принцип преобразования многомодового излучения накачки в одномодовое излучение волоконного лазера (б) Однако для вывода основной моды в случае, например, накачки через боковую поверхность волокна, требуется одномодовое волокно, причем желательно с увеличенным полем моды (см. гл. 5.4.3). Одномодовые волокна с увеличенным полем моды позволяют передавать примерно в 4 раза большее по мощности излучение, нежели традиционные одномодовые волокна.

Волоконный лазер – лазер, активная среда и, возможно, резонатор которого являются элементами оптического волокна. При полностью волоконной реализации такой лазер называется цельноволоконным, при комбинированном использовании волоконных и других элементов в конструкции лазера он называется волоконно-дискретным или гибридным. Волоконные лазеры применяются в промышленности для резки металлов и маркировки продукции, сварке и микрообработке металлов, линиях волоконно-оптической связи. Их основными преимуществами являются высокое оптическое качество излучения, небольшие габариты и возможность встраивания в волоконные линии.

Существует большое разнообразие конструкций волоконных лазеров, обусловленное спецификой их применения. Для их изготовления широко применяются как резонаторы типа Фабри - Перо, так и кольцевые резонаторы. Специальными методиками можно создать однополяризационные лазеры, лазеры сверхкоротких импульсов и другие. Во всех волоконных лазерах применяются специальные типы оптических волокон, в которые встроены один или несколько волноводов для осуществления оптической накачки.

1 История

Впервые передачу лазерного излучения по оптическому волокну продемонстрировали Элиес Снитцер и Уилл Хикс в 1961 году. Основным недостатком их устройства было сильное затухание излучения при прохождении волокна. Однако через несколько лет Снитцером был создан первый лазер, в качестве рабочей среды которого использовалось оптическое волокно, легированное неодимом. В 1966 году Чарльз Као иДжордж Хокхам создали оптическое волокно, затухание в котором составляло около 20 дБ/км, в то время как иные существовавшие на то время волокна характеризовались затуханием более 1000 дБ/км. Информационная ёмкость волокна Као соответствовала двумстам телеканалам. Внутренний диаметр составлял около 4 микрон, а диаметр всего волновода около 400 микрон. Прогресс в производстве оптических волокон привлёк широкое внимание к ним как средству передачи сигналов на большие расстояния.

Стремительное развитие волоконных лазеров началось с конца 1980-х. Основные направления исследований были связаны с экспериментированием в использовании различных примесей в оптических волокнах для достижения заданных параметров генерируемого излучения. В частности, особый интерес представляла генерация сверхкоротких импульсов в инфракрасной области спектра. C 1993 года в сенсорике и сфере связи стали широко использоваться промышленные образцы эрбиевых лазеров. В 1990-е годы мощность генерации эрбиевых лазеров превысила порог в 1 Вт, был продемонстрирован эрбиевый 4-хваттный лазер. После 2000 года привлекли к себе внимание иттербиевые лазеры, показавшие значительный потенциал для увеличения мощности.

Лазерное оборудование широко применяется в сфере лазерной маркировки и резки металлов. Это связано с использованием лазерных излучателей определенного типа. В частности, волоконных лазеров. Данный типа лазеров относится к группе твердотельных.

Промышленные маркираторы на основе твердотельного лазера бывают: компактными и стационарными. В зависимости от характера производства оборудование изготавливают по определенным форм-факторам.

Стационарные маркираторы можно оснастить дополнительным оборудованием для маркировки серийных партий.

Генерация энергии оптоволоконного лазера происходит за счет диодной накачки активной среды, в качестве которой выступает встроенное оптическое волокно. Волоконные лазеры имеют длину волны 1,064 мкм, что позволяет добиваться на выходе высокой мощности луча.

Оборудование генерирует световой поток, обеспечивая высокое качество излучения. Сами излучатели обладают высоким рабочим ресурсом.

Что такое оптоволоконный лазер?

Волоконный (оптоволоконный) лазер используется в различных отраслях промышленности, его КПД составляет около 70%.

на конкретный участок обрабатываемой поверхности. На дифракционную решетку на концах центрального стержня особым образом нанесены штрихи или насечки.

С их помощью происходит быстрое отражение луча от поверхности - это позволяет поддерживать необходимую длину волны в течение всего процесса работы, а также сохранить монохромность луча.

Волоконный лазерный аппарат для обработки материалов - это станок для создания одномодового излучения. Оптоволоконные устройства для обработки материалов занимают около 25% всего рынка производственного оборудования. Они обладают максимально высокие рабочие и качественные характеристики.

Волоконные лазеры представлены в разделе комплектующих - излучателей, а также в 80% продукции Laser-TOR станков для лазерной маркировки, гравировки и лазерной резки металла, сварки и очистки.

Устройство оптоволоконного лазера

Схема устройства состоит из трех основных компонентов: модуля накачки, активной среды и оптического резонатора.

Рис. 2. Схема лазерного модуля. 1— активное волокно. 2 — зеркала Брэгга. 3 — блок накачки

Модуль накачки. Источником накачки оптических волноводов служат широкополосные светодиоды (лампы накачки) или лазерные диоды с одномодовым излучением с высокой яркостью и большим ресурсом выработки.
В составе активной среды содержится светопроводящееоптоволокно и волновод накачки. Волоконные световоды легируются добавками редкоземельных элементов или висмута. Плотность легирования зависит от длины изготавливаемого оптоволокна. Во многих промышленных станках используется иттербий. Оптоволокном является сверхчистый прозрачный плавленый кварц, который характеризуется минимальными оптическими потерями. Его верхний предел мощности накачки определяется предельной мощностью излучения на единицу площади, при которой материал не разрушается. Он составляет несколько киловатт.

Оптический резонатор создает положительную обратную оптическую связь, в результате которой лазерный усилитель превращается в лазерный генератор. Чаще всего в конструкции резонатора используют брэгговские зеркала, кольцевые резонаторы и резонаторы типа Фабри-Перо. На концах центрального стержня чаще всего делают брэгговскую (дифракционную) решетку, представляющую собой нанесенные определенным образом штрихи. Участки с насечками имеют измененную отражательную способность и выступают в качестве резонаторов, отражая свет, распространяющийся вдоль волокна, и поддерживая требуемую длину волны. Таким образом излучаемый активным веществом свет фокусируется в один узкий пучок. Резонатор определяет спектр, поляризацию и направленность генерируемого излучения.
Протяженность оптического кабеля составляет от 2 метров до 40, а иногда доходит и до 100 метров, поэтому часто встает вопрос об оптимизации пространства. Тогда его скручивают кольцами и укладывают сверху на оборудование.

Рис. 3. Схема накачки лазера, основанного на волокне с двойным покрытием

Принцип преобразования светового излучения в лазерное в волоконном излучателе имеет процент полезной энергии в 80-90%. При нем не происходит искажения волнового фронта, а мощность луча не теряется на всем оптическом маршруте. В ходе генерации лазера не возникает проблем. Выходная мощность излучения ограничена лишь доступной мощностью источника оптической накачки;

Отличия волоконного и CO2 лазеров

Отличия волоконного и CO2 лазеров состоят в принципе работы, устройстве, использовании разных материалов и коэффициенте полезного действия. Основа:

волоконного лазера - оптически активное волокно,
лазера CO2 – смесь газов, главным из которых является углекислый.

Длина волны лазеров отличается в десять раз. Показатель газового составляет 10,6 кмк, а волоконного - 1,06 кмк. Меньший размер длины луча обеспечивает высокую точность при обработке, увеличенную скорость обработки металлов и камня, а поверхность вокруг обрабатываемого участка остается нетронутой и не нагревается. Однако, при обработке НЕметаллов, предпочтение лучше отдать лазеру CO2. Волоконный лазер не справляется с бумагой, стеклом, фанерой, синтетической или натуральной тканью, деревом. И это его главный недостаток. Зато он подходит для обработки таких материалов как серебро, медь, латунь. Газовый лазер, в свою очередь, не может их обрабатывать.

Рис. 4. Устройство лазерного модуля

Понятный принцип действия без использования сложной оптической системы зеркал делает использование волоконного лазера более простым по сравнению с CO2 лазером. Еще один плюс волоконного лазера - это его компактная конструкция, которая может устанавливаться в любом станке с маленьким корпусом или сварочном аппарате.Благодаря простой установке его можно использовать в небольших промышленных центрах, ювелирных мастерских (при изготовлении украшений, нанесении гравировки на поверхность).

КПД волоконного лазера около 70%, для газового лазера этот показатель почти вдвое ниже.

Видео

Маркировка сегментов труб LDPE, ПВХ, HDPE, РР, PS

TOR Clean Ultra 1000 - очистка чугуна, окрашенный металл, замасленный алюминий.

Лазерная сварка TOR 1000 Вт

Преимущества

Волоконный лазер – это производительный лазер , часто использующийся в промышленности. Он относится к твердотельным аппаратам и имеет ряд преимуществ перед газовыми лазерами. Он обладает оптимальной длиной волны, одинаковой на протяжении почти всего рабочего процесса. Работа в таком режиме позволяет без потерь передавать энергию лазерного луча на большее расстояние и фокусировать его до диаметра в несколько микрон в очень маленькую точку, что важно при гравировке, а также обработке труднодоступных участков. Мощность луча волоконного лазера оптимальна. Высокая частота повторения импульсов стабильно выполняет любые задачи по сварке, маркировке и резке различных материалов.

Другие преимущества волоконного лазера - его универсальность и простота в обслуживании. Он не зависит от уровня влажности или температуры воздуха, поэтому может использоваться везде - от небольшой мастерской до промышленного помещения. Чистка волоконному лазеру не требуется. Кроме того, в любой момент волоконный лазер можно модернизировать и подключить на другой технологический процесс. Он не требует юстировки и сложных пусконаладочных работ.

Рис. 5. Устройство лазерного модуля

Использование лазера безопасно, так как излучение от него быстро поглощается различными металлами.

Рис. 6. Волоконные излучатели

Волоконный лазер вне зависимости от выбранного скоростного режима обеспечивает

прецизионную точность позиционирования. Обладает высокой мощностью свыше 1000 кВт и длительным рабочим ресурсом более 100000 часов. Многофункциональный лазер решает сразу же несколько задач - он может резать, гравировать и перфорировать материалы, паять или выполнять сварочные работы. Система

воздушного охлаждения не требует замены воды, выделения специального места для емкости под нее и другими требованиями водяных терморегуляторов.

Волоконный лазер работает бесшумно и минимизирует наличие производственных отходов.

Применение

Волоконный лазер - это универсальный инструмент, который работает с металлами различной толщины и уровня плотности, а также с искусственным и натуральным камнем, стеклом и пластиком.

Он используется в:

Строительстве автомобилей, судов, воздушного транспорта, в том числе ракет
Изготовлении морских и железнодорожных вагонов, контейнеров для перевозки
Выпуске ювелирных изделий и нанесении гравировки
Производстве строительных и рекламных металлических конструкций
Военно-промышленном комплексе

Вот лишь некоторые области применения оптоволоконного лазера:

микрообработка материалов, нанесение графической маркировки, микрофрезеровка, нанесение надписей на приборных панелях, художественное структурирование поверхностей. Маркировочная табличка и шильдики, идентифицирующие штрих-коды, обработка тонких фольгированных материалов и многое другое.

Читайте также: