Faserlaser: 7 Vorteile und Unterschiede

Vor dem Kauf einesFaserlaser, ist es notwendig zu verstehen, wie es sich von anderen Lasern unterscheidet. Wir wissen, dass ein funktionierender Laser drei Komponenten benötigt: eine Pumpquelle zur Energieversorgung, ein Verstärkungsmedium und einen optischen Resonator. Bei Faserlasern ist die Wahl der Pumpquelle zwar nichts anderes als bei Laserdioden und anderen Faserlasern, das Design des Verstärkungsmediums und des optischen Resonators unterscheidet sich jedoch wesentlich.
 

Diese einzigartige Struktur bringt sieben wesentliche Vorteile mit sich:

1. Hocheffizientes Verstärkungsmedium
Im Gegensatz zu anderen Lasern erreichen Faserlaser eine Lichtverstärkung in optischen Fasern, die mit Seltenerdmetallionen wie Ytterbium (Yb3+), Neodym (Nd3+), Thulium (Tm3+) dotiert sind. Praseodym (Pr3+) oder Erbium (Er3+). Diese laseraktiven Ionen können den Großteil des Pumplichts absorbieren und dann durch stimulierte Emission Photonen bestimmter Frequenzen emittieren. Die inhärent flexible Struktur optischer Fasern ermöglicht im Vergleich zu anderen Lasertypen längere Verstärkungsentfernungen. Dies sorgt für einen hohen optischen Gewinn.

2. Intelligente Rückkopplungsschleife durch Faser-Bragg-Gitter
Anstelle herkömmlicher dielektrischer Spiegel wird die optische Rückkopplung in Faserlasern typischerweise durch Faser-Bragg-Gitter bereitgestellt, bei denen es sich um eine Reihe periodisch verschmolzener Glasfasern mit unterschiedlichen Brechungsindizes handelt. Diese periodischen Strukturen können Laserstrahlen bestimmter Wellenlängen reflektieren und so zum optischen Hohlraum des Faserlasers werden. Daher befindet sich bei Faserlasern der optische Hohlraum tatsächlich innerhalb des Verstärkungsmediums.

3. Robuster optischer Hohlraum
Wenn es um Faserlaser geht, gilt es ein häufiges Missverständnis zu vermeiden: Faserlaser sind nicht dasselbe wie Laser mit Faseroptik. Beispielsweise wird bei fasergekoppelten Diodenlasern die optische Faser nur zur Strahlübertragung verwendet und die physikalischen Prinzipien der stimulierten Emission sind nicht beteiligt. Obwohl sich optische Fasern zwar mit Lasersystemen verbinden lassen, verfügen sie immer noch nicht über alle hervorragenden Eigenschaften von Faserlasern. Der einzigartige integrierte optische Hohlraum nutzt gewickelte optische Fasern als Verstärkungsmedium und schafft so einen starken und stabilen optischen Hohlraum.

4. Kompakte Struktur
Einer der Hauptvorteile von Faserlasern ist ihr kompakter Aufbau. Im Vergleich zu ähnlichen Produkten haben Faserlaser bei gleicher Ausgangsleistung einen viel kleineren Platzbedarf. Dies liegt daran, dass Glasfasern biegbar sind und auf kompaktem Raum aufgerollt werden können. Darüber hinaus ermöglicht die Flexibilität von Glasfasern auch eine weitere Anpassung des optischen Pfads, was eine größere Gestaltungsfreiheit für verschiedene spezifische Situationen bietet.

5. Hohe Ausgangsleistung
Da das Verstärkungsmedium in Faserlasern sehr dünn und flexibel ist, kann die Faser mehrere Kilometer lang sein, wodurch sehr hohe Pumplichtgewinne erzielt werden können. Darüber hinaus kann die von Faserlasern erzeugte Wärme aufgrund des großen Oberflächen-Volumen-Verhältnisses der Faser effizient abgeführt werden. Dadurch können Faserlaser kontinuierlich im Kilowattbereich betrieben werden, ohne dass komplexe Kühlsysteme erforderlich sind.

6. Hervorragende Strahlqualität
Typischerweise bezieht sich die Laserstrahlqualität darauf, wie stark der Strahl fokussiert ist, quantifiziert durch den M2-Koeffizienten, der für die höchste Strahlqualität idealerweise 1 beträgt. Unter den Faserlasern weist die Singlemode-Faser in der Regel die beste Strahlleistung auf und wird daher häufig verwendet. Beispielsweise ermöglicht eine hohe Strahlqualität beim Laserschneiden und -schweißen große Entfernungen zwischen dem Werkstück und dem fokussierten Objekt. Diese Konfiguration schützt die Optik vor Schmutz und Rauch. Entscheidend ist, dass die Verkleinerung des Strahldurchmessers nicht nur die Herstellung feinerer Strukturen ermöglicht, sondern auch die Verwendung kleinerer, billigerer optischer Komponenten ermöglicht.

7. Hohe Zuverlässigkeit
Faserlaser sind äußerst zuverlässig und erfordern wenig Wartung. Da der optische Pfad von einer Schutzummantelung umgeben ist, ist der Laserstrahl weniger anfällig für äußere Störungen. Daher weisen Faserlaser im Allgemeinen eine ausgezeichnete Stabilität unter Betriebsbedingungen mit hohen Temperaturen und Vibrationen auf.

Was ist der Unterschied zwischen Faserlasern und anderen Lasern?
Obwohl es viele Vorteile von Faserlasern gibt, ist es wichtig zu verstehen, wie sie im Vergleich zur Konkurrenz abschneiden. Wie wir weiter unten sehen werden, hängt die Überlegenheit eines Faserlasers von der Anwendungseinstellung ab, und in manchen Fällen kann ein Faserlaser eines Mitbewerbers besser für den Faserlaser geeignet sein.

Faserlaser vs. Blocklaser
Ein Volumenlaser ist ein Festkörperlaser, der einen dotierten Volumenkristall oder ein dotiertes Glas als Verstärkungsmedium verwendet. Nd:YAG-Laser und Titan-Saphir-Laser sind zwei gute Beispiele. Im Allgemeinen haben Faserlaser bessere Spezifikationen als Massenlaser, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Dies bedeutet jedoch nicht, dass Volumenlaser für die Materialbearbeitung nicht wertvoll sind. Beispielsweise kann im Wellenlängenbereich von 700-1000 nm kein Faserlaser einen abstimmbaren Ti:Saphir-Laser ersetzen. Darüber hinaus können Volumenlaser höhere Spitzenleistungen erreichen und eignen sich daher besser für die Materialbearbeitung. Darüber hinaus erfordern Faserlasersysteme möglicherweise spezielle Komponenten und eine komplexe Anwendung, und ihre höheren Kosten können sich nachteilig auf die Wirtschaftlichkeit auswirken.

Faserlaser vs. CO2-Laser
Obwohl sich beide Laser hervorragend zum Schneiden von Materialien eignen, ist ihr Funktionsschwerpunkt tatsächlich unterschiedlich. Einerseits sind CO2-Laser großartige Werkzeuge zum Schneiden nichtmetallischer Materialien wie Kunststoffe. Ihre relativ hohe Effizienz und gute Strahlqualität machen sie zum am weitesten verbreiteten Lasertyp in der Branche.

CO2-Laserschneidmaschine

Andererseits haben Faserlaser in den letzten Jahren beim Schneiden von Metallplatten (hauptsächlich Edelstahl) erhebliche Fortschritte gemacht, vor allem aufgrund ihrer hohen Schnittgeschwindigkeit. Bei gleicher Leistung beträgt ihre Schnittgeschwindigkeit normalerweise das {{0}}-fache der von Kohlendioxidlasern. mal. Im Allgemeinen sind Faserlaser für die Massenproduktion eine Überlegung wert, wenn Metalle mit einer Dicke von 0,25 Zoll oder weniger geschnitten werden. Bei Metallen mit einer Dicke von mehr als 0,375 Zoll bieten CO2-Laser jedoch immer noch Geschwindigkeitsvorteile und eine hervorragende Schnittqualität. Daher ist es unwahrscheinlich, dass Faserlaser CO2-Laser beim Materialschneiden vollständig ersetzen werden.

Faserlaser und Direktdiodenlaser
Diodenlaser stehen seit langem wegen ihrer geringen Ausgangsleistung und schlechten Strahlqualität in der Kritik. Dennoch zeigen die jüngsten Fortschritte in der Direktdiodenlasertechnologie ihr Potenzial als wichtiger Akteur in der Materialbearbeitung. Direkte Diodenlaser können 10 %-20 % schneller schneiden als Faserlaser. Darüber hinaus können direkte Diodenlaser dickere Metalle schneiden und eine geringere Oberflächenrauheit erzielen. Das Beste: Sie eignen sich auch für die Bearbeitung stark reflektierender Materialien wie Kupfer. Im Gegensatz dazu sind Faserlaser in dieser Hinsicht nur begrenzt wirksam. Allerdings haben Faserlaser hinsichtlich Strahlqualität und Technologiereife immer noch große Vorteile. Dies macht sie zu einer hervorragenden Wahl für die makroskopische Materialbearbeitung.

Faserlaser haben die Laserindustrie eindeutig revolutioniert. Faserlaser bieten gegenüber anderen Lasertypen eine Reihe entscheidender Vorteile und ermöglichen eine höhere Produktivität. Die Wahl effizienter Verstärkungsmedien und integrierter Laserkavität sorgt für eine leistungsstarke und stabile Ausgangsleistung. Seine kompakte Stellfläche ist ein wichtiges Verkaufsargument für OEM-/integrierte Anwendungen. Ihre Überlegenheit hängt jedoch stark von der Anwendungskonfiguration ab, unter Berücksichtigung ihrer Ausgangswellenlänge und begrenzten Einstellbarkeit.

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