Лазеры существуют уже долгое время, но их активное использование в коммерческих целях началось относительно недавно. Инженерам потребовалось немало времени, чтобы довести возможности лазеров до уровня, на котором они могли бы конкурировать с традиционными методами производства по стоимости, скорости и простоте использования.
Технология оптоволоконных лазеров, например, была впервые разработана ещё в 1960-х годах. В то время она находилась на самой начальной стадии своего развития и только к 1990-м годам стала пригодной для коммерческого использования. С тех пор оптоволоконные лазеры значительно эволюционировали как в плане расширения сфер применения, так и в вопросах повышения эффективности. В 1960-х годах удавалось получить лишь несколько десятков милливатт, а сегодня мы имеем лазеры, способные генерировать более 80 000 ватт с высокой стабильностью параметров.
Что такое оптоволоконный лазер?
Оптоволоконные лазеры представляют собой тип твердотельных лазеров, которые используют оптоволокно в качестве активной среды усиления. В таких лазерах волокно, изготовленное из силикатного или фосфатного стекла, поглощает свет, испускаемый накачивающими лазерными диодами, и преобразует его в лазерный луч с заданной длиной волны.
Для достижения этого оптоволокно легируется. Легирование заключается во введении в состав волокна редкоземельных элементов. Использование различных легирующих элементов позволяет создавать лазерные лучи с широким диапазоном длин волны. Некоторые из распространённых легирующих элементов, в порядке увеличения длины испускаемой волны, включают неодим (780-1100 нм), иттрий (1000-1100 нм), празеодим (1300 нм), эрбий (1460-1640 нм), туллий (1900-2500 нм), гольмий (2025-2200 нм) и диспрозий (2600-3400 нм).
Благодаря такому широкому диапазону создаваемых длин волны оптоволоконные лазеры идеально подходят для множества приложений, таких как лазерная резка, текстурирование, очистка, гравировка, сверление, маркировка и сварка. Это также позволяет использовать оптоволоконные лазеры в различных отраслях, таких как медицина, оборона, телекоммуникации, автомобилестроение, спектроскопия, электротехника, производство и транспорт.
Как работает оптоволоконный лазер?
Оптоволоконный лазер назван так из-за своего активного элемента усиления, которым является оптоволокно. Любая установка с оптоволоконным лазером, способная генерировать хорошо коллимированный мощный лазерный луч, проходит через пять основных этапов работы:
- Создание накачивающего света. Накачивающие лазерные диоды генерируют свет, который используется для возбуждения атомов в активной среде.
- Сбор и ввод накачивающего света в оптоволокно. Свет направляется в оптоволокно, где он распространяется и взаимодействует с легирующими элементами.
- Прохождение накачивающего света через оптоволокно. В процессе прохождения свет поглощается активной средой, усиливая уровень энергии атомов.
- Стимулированное излучение в лазерной резонаторной камере. Атомы, достигшие высокого уровня энергии, начинают излучать свет, что и приводит к генерации когерентного излучения.
- Усиление исходного лазерного света в лазерный луч. Исходный лазерный свет многократно усиливается, проходя через волокно, и в результате образуется мощный лазерный луч.