Понимание лазерных диодов с оптоволоконной связью: полное руководство

Основы лазерных диодов с оптоволоконной связью

Лазерные диоды с волоконной связью представляют собой тип лазерной системы. В лазерном диоде с оптоволоконной связью выходной сигнал лазерного диода подключается к опто-волоконный кабель. Это достигается за счет размещения конца волокна очень близко к лазерному диоду или использования линз для фокусировки лазерного света в волокне.

Лазерные диоды с оптоволоконной связью обладают некоторыми преимуществами, в том числе:

• Свет, выходящий из оптического волокна, имеет круговой и однородный профиль интенсивности..
• Они демонстрируют качество симметричного луча.
• Они обладают высокая мощность лазера.
• Их можно легко соединить с другими оптоволоконными компонентами.
• Неисправные диодные лазеры с оптоволокном легко заменить. Этот процесс является плавным и не требует внесения корректировок в юстировку устройства.
• Они делают точные разрезы в наносекундах.

Типы диодных лазеров с оптоволоконной связью

Различные лазерные диоды с волоконной связью делятся на две категории: одномодовые и многомодовые лазеры.

Одномодовые волоконные лазерные диоды

Одномодовые волоконные лазеры обычно передаются через сердцевину волокна диаметром <25 микрон. Этот размер создает концентрированный лазерный луч высокой интенсивности, который может фокусироваться на пятне размером всего 20 микрон. 

Эти особенности делают этот лазерный диод подходящим для сложных так и лазерной маркировки,, микрообработка и прецизионная резка. Кроме того, в режимах наносекундных импульсов одномодовые лазерные диоды могут достигать значительных уровней мощности, вплоть до 500 милливатт.

Одномодовый лазерный диод применяется для посева волоконным лазером, измерения газа, конфокальная флуоресцентная микроскопия, телекоммуникации, промышленное производство и многое другое.

Одномодовые волоконные лазерные диоды доступны в двух вариантах: лазерные диоды Фабри – Перо или лазерные диоды DFB (распределенная обратная связь).

• Лазерные диоды Фабри – Перо: Это тип лазерного диода со специальной зеркальной структурой, которая отражает свет туда и обратно между двумя концами лазера. Первоначально он преломляется после попадания в оптоволоконный кабель, а затем проходит полное внутреннее отражение. В результате получается мощный световой луч. В одномодовых приложениях лазерный диод Фабри-Перо используется на различных длинах волн, включая, помимо прочего, 1310 нм, 1550 нм и 1625 нм. Излучаемый свет имеет спектральную ширину 5 нм в 8 нм.

• Лазерные диоды DFB (распределенная обратная связь): Распределенная обратная связь — это еще один тип лазерного диода с решеткой малой ширины линии, которая содержит дифракционную решетку. Эта решетка играет роль брэгговского отражателя на длине волны лазера.

Возможно, вы захотите узнать больше о Разница между лазерами FP и лазерами DFB.

Многомодовые лазерные диоды с волоконной связью

Многомодовые лазерные диоды с волоконной связью, построенные на основе лазерных диодов с боковой эмиссией широкой площади, изготавливаются с полупроводниковые пластины. Они имеют более широкий волновод и область излучения, что позволяет им генерировать более высокие уровни мощности лазера или выходной мощности.

Благодаря дифракции широкого луча многомодовые лазерные диоды могут излучать свет на более широкую площадь поверхности. Однако из-за такой широкой области излучения качество луча многомодовых лазерных диодов ниже, чем одномодовых.

Форма лазерного луча зависит от ширины выступа лазерного чипа. Обратите внимание, что ширина гребня многомодовых лазерных диодов равна 100 микрон или больше. Он захватывает больший объем материала и приводит к большей мощности лазера, тем самым снижая риск оптического повреждения.

Многомодовые лазерные диоды с волоконной связью находят применение в промышленности, медицине и освещении.

Применение лазерных диодов с оптоволоконной связью

Лазерные диодные модули с оптоволоконной связью часто используются в различных приложениях в медицине, промышленности и приборостроении. Ниже мы сосредоточимся на наиболее распространенном промышленном использовании.

1. Обработка материалов

Лазерная энергия способна изменить форму или внешний вид материала. Эта возможность изменять материал может помочь владельцам бизнеса. быстро меняйте дизайн, создавайте продукцию без переоснащения и повышайте качество продукции. Лазерный диод хорошо взаимодействует со всеми металлами, такими как железо, алюминий, нержавеющая сталь и титан, и неметаллами, такими как композиты, керамика, пластики/полимеры и клеи. 

2. резка

Лазерная резка это одно из приложений. Диодные лазеры с оптоволокном позволяют выполнять точные разрезы, сохраняя при этом исключительное качество кромок. Более высокая стабильность и эффективность, качество луча, простота интеграции, бесконтактный процесс и более высокие скорости делают его лучшим выбором для прецизионных деталей, требующих жестких допусков. 

3. сварка

Диоды с оптоволокном подходят для замочная скважина сварка в различных промышленных процессах. Есть две причины, которые делают его полезным. Во-первых, выходная мощность волоконных лазеров составляет от 500 Вт до 10 кВт. И во-вторых, они могут получить размер сфокусированного пятна от 40 до 800 мкм, даже если рабочее расстояние огромно. 

4. гравюра

Волоконные лазеры могут оставлять неизгладимые следы на таких поверхностях, как некоторые пластики и металлы. Во время процедуры лазер использует сфокусированный луч света и передает его на поверхность материала, чтобы оставить отметку. Этот метод помогает точно создавать перманентные следы.

Роль оптоволоконных лазерных диодов в лазерной резке

Лазерный диод с оптоволокном имеет важное применение в лазерной резке, давайте сосредоточимся на нем.

Лазерная технология использует стимулированное излучение для создания лазерного луча. Затем лазерный диод излучает свет, направляя его на оптоволоконные кабели для усиления. Когда этот лазерный свет вступает в контакт с поверхностью исследуемого материала, он проникает в него и преобразуется в тепловую энергию. Это выделяемое тепло ответственно за плавление поверхности. 

Вообще говоря, оптоволоконный диод полезен при лазерной резке благодаря следующим четырем характеристикам:

• Стабильность питания: FCLD имеет стабильную выходную мощность, что очень важно для лазерной резки, поскольку обеспечивает стабильные результаты.
• Тихий шум: Низкий уровень шума защищает операторов от нарушений опорно-двигательного аппарата и стресса, связанного с шумом.
• Более продвинутая стабильность наведения луча: Это означает, что лазерный луч будет производить точные лазерные разрезы.
• Удаленный поиск лазера: Это помогает повысить безопасность и стабильность систем лазерной резки.

При лазерной резке воздушная помощь также играет ключевую роль в повышении скорости и качества резки. Таким образом, поскольку специалисты используют воздушный поток с высокой скоростью, параллельный лазерному лучу, воздух удаляет расплавленный металл и гарантирует высокое качество реза.

Многоволновая связь по оптоволокну

Волоконно-оптические источники, такие как диодные лазеры с волоконной связью, могут одновременно излучать свет на нескольких длинах волн. Уточним: длина волны модуля лазерного диода попадает непосредственно в инфракрасную часть спектра, т. е. между 780 нм , так и 2200 нм.

Хотя эта часть не видна невооруженным глазом, она может вступать в реакцию с различными материалами. Именно более короткий диапазон длин волн позволяет лазерному свету легко проникать в них. Материалы включают металлы, резину и пластмассы, что делает многоволновую технологию очень полезной в самых разных приложениях по обработке материалов.

Некоторые многоволновые лазерные модули могут быть адаптированы для работы с длинами волн от 1mW в 5mW. Это изменение длины волны осуществляется либо путем регулирования температуры, либо путем растяжения резонатора лазера. Этого также можно добиться, регулируя ток на затравочном лазере.

Несколькими преимуществами этих многоволновых диодных лазеров являются низкая стоимость, компактный размер и небольшие вносимые потери.

Выбор подходящего лазерного диода с оптоволокном

Для достижения нужной выходной мощности важно выбрать правильную систему волоконного лазера. В случае оптоволоконных диодных лазеров ниже приведены несколько важных факторов.

1. Диапазон длин волн

Длина волны лазерного диода определяет тип материала, который он способен резать или гравировать. Например, CO2 лазеры обладают длиной волны 9.6 и 10.6 микрометров (мкм), идеально подходят для резки и гравировки неметаллических поверхностей, таких как дерево, акрил и бумага. Волоконные лазерыС другой стороны, с длиной волны 1.06 микрометра можно резать или гравировать такие металлы, как сталь, алюминий и медь.

2. Выходная мощность

Выходная мощность лазерного диода повышает скорость и глубину резки. Лазерный диод большей мощности может не только резать материал быстрее, но и глубже по сравнению с лазерным диодом меньшей мощности. Но диодные лазеры большей мощности стоят дорого.

3. Качество луча

Качество лазерного луча влияет на точность и аккуратность реза. Более высокое качество луча дает лучшие результаты. Качество луча измеряется в Коэффициент М2. Когда коэффициент M2 низкий, качество луча высокое.

4. Тип волокна

В диодах с волоконной связью используются два основных типа волокна: одномодовое волокно и многомодовое волокно. Одномодовое волокно имеет меньший диаметр сердцевины и может передавать большую мощность на большие расстояния. В то время как в многомодовом волоконном лазере диаметр сердцевины волокна больше.  

5. Метод охлаждения

Охладить лазерный диод с оптоволокном можно с помощью воздуха или воды. Воздушное охлаждение является наиболее распространенным методом охлаждения. Воздушное охлаждение увеличивает площадь поверхности объекта, который вы хотите охладить. Например, если вы добавите охлаждающие ребра к лазерному диоду, это увеличит скорость теплопередачи.

Другой способ охлаждения полупроводниковых лазерных диодов — хранение лазерного стержня на термоэлектрическом охладителе (TEC). ТИК использует Эффект Пельтье охладить лазер.

С другой стороны, водяное охлаждение более эффективно; однако это дорого и сложно.

Дополнительную информацию об охлаждении лазерных диодов см. этой статье.

6. Параметры управления

Диодные лазеры с волоконной связью имеют два варианта управления устройством. Один из них является внутренним контроллером, а другой — внешним контроллером. Несколько примеров внутренних контроллеров включают встроенный генератор импульсов или генератор функций.

Источник постоянного или синусоидального напряжения является примером внешнего контроллера. Пользователь сам выбирает тип контроллера: внутренний или внешний.

Несколько способов управления лазерными диодами с оптоволокном:

• Отрегулируйте количество электричества, проходящего через лазерные диоды.
• Используйте внутренний генератор для подачи сигналов для изменения интенсивности лазера или создания коротких всплесков лазерного света.
• Запустите внутренний генератор сигналов, используя сигнал от внешнего генератора.
• Отрегулируйте удаленный источник сигнала TTL для получения непрерывных импульсов продолжительностью 100 микросекунд.
• Используйте внутренний генератор функций для создания квазинепрерывные импульсы.

7. Диодная упаковка

Правильная упаковка помогает защитить лазерный диод от влаги, пыли, газовыделения и механических повреждений. Отвод тепла — эффективный способ охлаждения небольших запечатанных упаковок; однако для более крупных моделей лучше подойдет активное охлаждение с помощью специального устройства, называемого TEC (термоэлектрический охладитель), или водяное охлаждение.

При обращении с диодной упаковкой необходимо понимать следующее: 

• Прежде чем открыть упаковку, подержите ее в комнате не менее 4 часов чтобы позволить ему достичь теплового равновесия.
• Не храните клеи, растворители, пластмассы и теплопроводящую пасту рядом с лазерным диодом.
• Используйте действующие регламентированные драйверы лазерных диодов специально изготовлены только для лазерных диодов.

8. Дополнительные советы по выбору диодного лазера с оптоволокном

Прежде чем владелец бизнеса решит купить оптоволоконный лазерный диод, ему предлагается:

• Подумайте, какой материал вам нужно вырезать или гравировать.
• Учитывайте толщину материала, который вам нужно разрезать.
• Учитывайте общий размер оптоволоконного кабеля, используемого для достижения эффективности связи.
• Учитывайте свой бюджет.

Часто задаваемые вопросы

1. В чем разница между диодными лазерами с волоконной связью и обычными диодными лазерами?

Диодные лазеры с волоконной связью — это лазеры, в которых для передачи лазерного света к цели используется оптическое волокно. С другой стороны, обычные диодные лазеры состоят из вертикально расположенных диодных планок.

2. Если выходной луч многомодовых лазерных диодов составляет от 200 до 300 мкм, можете ли вы охарактеризовать его как гауссов луч?

Нет, результирующий луч не является Гауссов пучок. Однако если профиль интенсивности приближается к распределению Гаусса, можно применить принципы распространения гауссова луча.

3. В чем основная разница между свободным пространством и оптоволокном?

В свободном космосе диодные лазеры используют воздух, вакуум или космическое пространство в качестве среды для передачи света. Но волоконные лазеры объединяют излучаемый ими свет. Такое соединение волокон гарантирует попадание света в цель.

4. Можете ли вы назвать волоконный лазерный диод?

Да, волоконный лазер — это диодный лазер; это твердотельный лазер с диодной накачкой(ДПССЛ). Эти диоды полупроводниковые диоды действует как лазерный источник, излучающий свет в волокно, состоящее из фосфатного стекла или силиката. Поглощая свет, он преобразует его в лазерный свет.

Заключение

Лазерный диод с волоконной связью представляет собой мощный полупроводник. Понимание того, как это работает и помогает в различных отраслях, — отличный способ решить, что подойдет вам. Это многообещающая технология, способная революционизировать работу различных отраслей в будущем. 

Раскройте возможности волоконных лазеров с помощью лазера Baison!

Байсон Лазер ваша любимая компания для лазерная сварка, маркировка и автоматы для резки. Наши волоконные лазерные станки производятся с использованием передовых технологий и отличаются высокой эффективностью. Они просты в эксплуатации, работают с более высокой скоростью и обещают более высокую выходную мощность и точность при каждом проходе. Контакты для Бесплатный образец. Наши дружелюбные специалисты позаботятся о том, чтобы вы выбрали подходящую машину.