Wat is een fiberlaser?

Wat is eenVezellaserEen fiberlaser is een type vastestoflaser waarbij het actieve versterkingsmedium een ​​optische vezel is, gedoteerd met zeldzame aardmetalen, meestal ytterbium. In tegenstelling tot traditionele gas- of CO₂-lasers genereren, versterken en geleiden fiberlasers licht volledig in een glasvezel, wat resulteert in een compact, robuust en zeer efficiënt systeem.

Kerncomponenten en ontwerp van vezellaser

• Gedoteerde vezelkern
  Het hart van een fiberlaser is de vezel zelf: een ultradunne glasdraad waarvan de kern is doordrenkt met zeldzame-aarde-ionen. Wanneer deze ionen met licht worden gepompt, leveren ze de energie die nodig is voor de laserwerking.

• Pompdiodes
  Hoogvermogen halfgeleiderdiodes injecteren pomplicht in de mantel van de vezel. De mantel vangt het pomplicht rond de kern op, wat zorgt voor een gelijkmatige excitatie van de gedoteerde ionen.

• Vezel-Bragg-roosters (FBG's)
  Deze reflecterende roosters, direct in de vezel aangebracht, vormen de laserholte. Het ene rooster reflecteert het grootste deel van het licht terug de vezel in, terwijl het andere een gecontroleerd deel van het licht als uitgangsbundel laat ontsnappen.

• Warmtebeheer
  Doordat de kleine doorsnede van de vezel de warmte efficiënt over de gehele lengte afvoert, hebben vezellasers doorgaans alleen luchtkoeling of een beetje watercirculatie nodig, zelfs bij hoge vermogensniveaus.

Werkingsprincipe

1. Optisch pompen
   Pompdiodes injecteren licht, meestal met een golflengte tussen 915 nm en 976 nm, in de bekleding van de vezel.

2. Energie-absorptie
   Zeldzame-aarde-ionen in de kern absorberen pompfotonen, waardoor elektronen naar aangeslagen toestanden worden verplaatst.

3. Gestimuleerde emissie
   Wanneer elektronen ontspannen, zenden ze coherente fotonen uit met de voor de laser karakteristieke golflengte (doorgaans 1.064 nm).

4. Versterking en feedback
   Fotonen bewegen zich door de vezel, veroorzaken verdere emissies en versterken de bundel. FBG's aan elk uiteinde van de vezel vormen een resonantieholte die de laseroscillatie in stand houdt.

5. Uitgangskoppeling
   Een gedeeltelijk reflecterend rooster zorgt ervoor dat een fractie van het versterkte licht naar buiten komt als de hoogwaardige uitvoerbundel die wordt gebruikt voor verwerking.

Soorten fiberlasers

• Continue-golf (CW) vezellasers
  Zendt een stabiele, ononderbroken lichtbundel uit. Ideaal voor snij-, las- en markeertoepassingen waarbij constant vermogen vereist is.

• Gepulste vezellasers
  Lever licht in gecontroleerde lichtflitsen. Subcategorieën zijn onder meer:

• Q-geschakeld: Hoge piekpulsen (nanosecondebereik) voor diep graveren en microboren.

• Modus-vergrendeld: Ultrakorte pulsen (picoseconde of femtoseconde) voor nauwkeurige microbewerking en delicate materiaalbewerking.

• Master Oscillator Eindversterker (MOPA)
  Combineert een laagvermogen seedlaser (de oscillator) met een of meer versterkertrappen. Biedt nauwkeurige controle over de pulsduur en herhalingsfrequentie.

Belangrijkste voordelen

• Uitzonderlijke straalkwaliteit
  Zorgt voor een output met een bijna diffractiebeperking, waardoor u uiterst fijne focusvlekken en haarscherpe sneden kunt maken.

• Hoge efficiëntie
  Het rendement van stopcontacten bedraagt ​​vaak meer dan 30%, wat resulteert in een lager elektriciteitsverbruik en lagere bedrijfskosten.

• Compacte voetafdruk
  Dankzij de volledig glasvezelconstructie zijn er geen grote spiegels en gasbuizen meer nodig, waardoor u kostbare vloeroppervlakte bespaart.

• Weinig onderhoud
  Bij afgesloten glasvezelmodules is minimale herpositionering nodig: er is geen sprake van het bijvullen van gas en er zijn geen grote koeltorens nodig.

• Milieurobuustheid
  Vezellasers zijn beter bestand tegen trillingen, stof en temperatuurschommelingen dan systemen in de vrije ruimte.

Typische toepassingen

• Metaalsnijden en lassen
  Van dun roestvrij staal tot dik aluminium: fiberlasers leveren hogere snijsnelheden, smalle zaagsneden en minimale warmtebeïnvloede zones.

• Precisiemarkering en graveren
  Ideaal voor serienummers, barcodes en logo's op metalen, kunststoffen, keramiek en glas met duidelijk contrast en hoge duurzaamheid.

• Microbewerking
  Creëert minuscule kenmerken in elektronica, medische apparaten en precisiecomponenten met een nauwkeurigheid van micrometers.

• Additieve productie
  Ondersteunt op laser gebaseerde 3D-printmethoden, zoals selectief lasersmelten, door metaalpoeders te smelten met een gelijkmatige energieverdeling.

• Wetenschappelijk onderzoek
  Biedt instelbare pulsparameters voor spectroscopie, niet-lineaire optica en andere laboratoriumexperimenten.

De juiste fiberlaser selecteren

• Uitgangsvermogen
  Bepaal dit op basis van de materiaaldikte en de verwerkingssnelheid. Licht markeren kan 20-50 W vereisen; zwaar snijden kan 1-10 kW of meer vereisen.

• Pulskenmerken
  Kies CW voor continu gebruik; Q-switch of MOPA voor precisietaken die een hoog piekvermogen of ultrakorte pulsen vereisen.

• Balklevering
  Vaste focuskoppen voor algemeen snijden; galvoscanners voor markeren met hoge snelheid; optica met lange reikwijdte voor lassen op afstand.

• Koelmethode
  Luchtgekoelde units zijn voldoende tot een paar honderd watt; hogere vermogens profiteren van waterkoeling om een ​​stabiel uitgangsvermogen te behouden.

• Integratie en controles
  Let op de compatibiliteit met uw automatiseringsopstelling, inclusief digitale interfaces, softwarebibliotheken en veiligheidsvergrendelingen.

Aanbevolen onderhoudspraktijken

• Vezeluiteindeverzorging
  Controleer en reinig beschermende vensters of lenzen regelmatig om vervorming van de straal te voorkomen.

• Controles van het koelsysteem
  Controleer of er voldoende lucht- of waterstroom is; controleer temperatuursensoren en vervang filters indien nodig.

• Software-updates
  Pas firmwarepatches toe om de prestaties te optimaliseren en de veiligheidsnormen te handhaven.

• Periodieke kalibratie
  Schakel jaarlijks (of op basis van de intensiteit van uw gebruik) gecertificeerde technici in om het geleverde vermogen, de uitlijning van de lichtbundel en de betrouwbaarheid van het systeem te controleren.

Fiberlasers combineren geavanceerde fotonica met praktische techniek en vormen daarmee een hoeksteen van moderne productie, onderzoek en precisieverwerking. Door hun kernontwerp, werkingsprincipes en toepassingsmogelijkheden te begrijpen, kunt u hun volledige potentieel in talloze sectoren benutten.

Een fiberlaser is een type vastestoflaser waarbij het actieve versterkingsmedium een ​​optische vezel is, gedoteerd met zeldzame aardmetalen, meestal ytterbium. In tegenstelling tot traditionele gas- of CO2-lasers,₂Lasers, vezellasers genereren, versterken en geleiden licht volledig in een glasvezel, wat resulteert in een compact, robuust en zeer efficiënt systeem.

1. Kerncomponenten en ontwerp

• Gedoteerde vezelkern
  Het hart van een fiberlaser is de vezel zelf: een ultradunne glasdraad waarvan de kern is doordrenkt met zeldzame-aarde-ionen. Wanneer deze ionen met licht worden gepompt, leveren ze de energie die nodig is voor de laserwerking.

• Pompdiodes
  Hoogvermogen halfgeleiderdiodes injecteren pomplicht in de mantel van de vezel. De mantel vangt het pomplicht rond de kern op, wat zorgt voor een gelijkmatige excitatie van de gedoteerde ionen.

• Vezel-Bragg-roosters (FBG's)
  Deze reflecterende roosters, direct in de vezel aangebracht, vormen de laserholte. Het ene rooster reflecteert het grootste deel van het licht terug de vezel in, terwijl het andere een gecontroleerd deel van het licht als uitgangsbundel laat ontsnappen.

• Warmtebeheer
  Doordat de kleine doorsnede van de vezel de warmte efficiënt over de gehele lengte afvoert, hebben vezellasers doorgaans alleen luchtkoeling of een beetje watercirculatie nodig, zelfs bij hoge vermogensniveaus.

2. Werkingsprincipe

1. Optisch pompen
   Pompdiodes injecteren licht, meestal met een golflengte tussen 915 nm en 976 nm, in de bekleding van de vezel.

2. Energie-absorptie
   Zeldzame-aarde-ionen in de kern absorberen pompfotonen, waardoor elektronen naar aangeslagen toestanden worden verplaatst.

3. Gestimuleerde emissie
   Wanneer elektronen ontspannen, zenden ze coherente fotonen uit met de voor de laser karakteristieke golflengte (doorgaans 1.064 nm).

4. Versterking en feedback
   Fotonen bewegen zich door de vezel, veroorzaken verdere emissies en versterken de bundel. FBG's aan elk uiteinde van de vezel vormen een resonantieholte die de laseroscillatie in stand houdt.

5. Uitgangskoppeling
   Een gedeeltelijk reflecterend rooster zorgt ervoor dat een fractie van het versterkte licht naar buiten komt als de hoogwaardige uitvoerbundel die wordt gebruikt voor verwerking.

3. Soorten fiberlasers

• Continue-golf (CW) vezellasers
  Zendt een stabiele, ononderbroken lichtbundel uit. Ideaal voor snij-, las- en markeertoepassingen waarbij constant vermogen vereist is.

• Gepulste vezellasers
  Lever licht in gecontroleerde lichtflitsen. Subcategorieën zijn onder meer:

• Q-geschakeld: Hoge piekpulsen (nanosecondebereik) voor diep graveren en microboren.

• Modus-vergrendeld: Ultrakorte pulsen (picoseconde of femtoseconde) voor nauwkeurige microbewerking en delicate materiaalbewerking.

• Master Oscillator Eindversterker (MOPA)
  Combineert een laagvermogen seedlaser (de oscillator) met een of meer versterkertrappen. Biedt nauwkeurige controle over de pulsduur en herhalingsfrequentie.

4. Belangrijkste voordelen

• Uitzonderlijke straalkwaliteit
  Zorgt voor een output met een bijna diffractiebeperking, waardoor u uiterst fijne focusvlekken en haarscherpe sneden kunt maken.

• Hoge efficiëntie
  Het rendement van stopcontacten bedraagt ​​vaak meer dan 30%, wat resulteert in een lager elektriciteitsverbruik en lagere bedrijfskosten.

• Compacte voetafdruk
  Dankzij de volledig glasvezelconstructie zijn er geen grote spiegels en gasbuizen meer nodig, waardoor u kostbare vloeroppervlakte bespaart.

• Weinig onderhoud
  Bij afgesloten glasvezelmodules is minimale herpositionering nodig: er is geen sprake van het bijvullen van gas en er zijn geen grote koeltorens nodig.

• Milieurobuustheid
  Vezellasers zijn beter bestand tegen trillingen, stof en temperatuurschommelingen dan systemen in de vrije ruimte.

5. Typische toepassingen

• Metaalsnijden en lassen
  Van dun roestvrij staal tot dik aluminium: fiberlasers leveren hogere snijsnelheden, smalle zaagsneden en minimale warmtebeïnvloede zones.

• Precisiemarkering en graveren
  Ideaal voor serienummers, barcodes en logo's op metalen, kunststoffen, keramiek en glas met duidelijk contrast en hoge duurzaamheid.

• Microbewerking
  Creëert minuscule kenmerken in elektronica, medische apparaten en precisiecomponenten met een nauwkeurigheid van micrometers.

• Additieve productie
  Ondersteunt op laser gebaseerde 3D-printmethoden, zoals selectief lasersmelten, door metaalpoeders te smelten met een gelijkmatige energieverdeling.

• Wetenschappelijk onderzoek
  Biedt instelbare pulsparameters voor spectroscopie, niet-lineaire optica en andere laboratoriumexperimenten.

6. De juiste fiberlaser selecteren

• Uitgangsvermogen
  Bepaal dit op basis van de materiaaldikte en de verwerkingssnelheid. Licht markeren kan 20-50 W vereisen; zwaar snijden kan 1-10 kW of meer vereisen.

• Pulskenmerken
  Kies CW voor continu gebruik; Q-switch of MOPA voor precisietaken die een hoog piekvermogen of ultrakorte pulsen vereisen.

• Balklevering
  Vaste focuskoppen voor algemeen snijden; galvoscanners voor markeren met hoge snelheid; optica met lange reikwijdte voor lassen op afstand.

• Koelmethode
  Luchtgekoelde units zijn voldoende tot een paar honderd watt; hogere vermogens profiteren van waterkoeling om een ​​stabiel uitgangsvermogen te behouden.

• Integratie en controles
  Let op de compatibiliteit met uw automatiseringsopstelling, inclusief digitale interfaces, softwarebibliotheken en veiligheidsvergrendelingen.

7. Beste onderhoudspraktijken

• Vezeluiteindeverzorging
  Controleer en reinig beschermende vensters of lenzen regelmatig om vervorming van de straal te voorkomen.

• Controles van het koelsysteem
  Controleer of er voldoende lucht- of waterstroom is; controleer temperatuursensoren en vervang filters indien nodig.

• Software-updates
  Pas firmwarepatches toe om de prestaties te optimaliseren en de veiligheidsnormen te handhaven.

• Periodieke kalibratie
  Schakel jaarlijks (of op basis van de intensiteit van uw gebruik) gecertificeerde technici in om het geleverde vermogen, de uitlijning van de lichtbundel en de betrouwbaarheid van het systeem te controleren.

Fiberlasers combineren geavanceerde fotonica met praktische techniek en vormen daarmee een hoeksteen van moderne productie, onderzoek en precisieverwerking. Door hun kernontwerp, werkingsprincipes en toepassingsmogelijkheden te begrijpen, kunt u hun volledige potentieel in talloze sectoren benutten.