레이저 응용 분야 및 분류

1.디스크 레이저

디스크 레이저 설계 개념 제안은 고체 레이저의 열 효과 문제를 효과적으로 해결하고 높은 평균 출력, 높은 피크 출력, 높은 효율 및 우수한 빔 품질을 완벽하게 결합했습니다. 디스크 레이저는 자동차, 선박, 철도, 항공, 에너지 등 다양한 분야에서 가공용으로 없어서는 안 될 새로운 레이저 광원으로 자리 잡았습니다. 현재 고출력 디스크 레이저 기술은 최대 출력 16kW, 빔 품질 8mm밀리라디안을 달성하여 로봇 레이저 원격 용접 및 대형 레이저 고속 절단을 가능하게 함으로써 고체 레이저의 활용 가능성을 크게 확대하고 있습니다.고출력 레이저 가공애플리케이션 시장.

디스크 레이저의 장점:

1. 모듈형 구조

이 디스크 레이저는 모듈식 구조를 채택하여 각 모듈을 현장에서 신속하게 교체할 수 있습니다. 냉각 시스템과 광 가이드 시스템이 레이저 소스와 통합되어 있어 구조가 콤팩트하고 설치 공간이 작으며 설치 및 디버깅이 빠릅니다.

2. 우수한 빔 품질 및 표준화

TRUMPF의 2kW 이상 디스크 레이저는 모두 빔 파라미터 곱(BPP)이 8mm/mrad로 표준화되어 있습니다. 이 레이저는 작동 모드 변경에 영향을 받지 않으며 모든 TRUMPF 광학 장치와 호환됩니다.

3. 디스크 레이저의 스폿 크기가 크기 때문에 각 광학 소자가 견디는 광 출력 밀도는 작습니다.

광학 소자 코팅의 손상 임계값은 일반적으로 약 500MW/cm²이고, 석영의 손상 임계값은 2~3GW/cm²입니다. TRUMPF 디스크 레이저 공진기 내부의 전력 밀도는 일반적으로 0.5MW/cm² 미만이고, 결합 광섬유의 전력 밀도는 30MW/cm² 미만입니다. 이처럼 낮은 전력 밀도는 광학 부품의 손상을 일으키지 않고 비선형 효과를 발생시키지 않으므로 작동 신뢰성을 보장합니다.

4. 레이저 출력 실시간 피드백 제어 시스템을 채택합니다.

실시간 피드백 제어 시스템은 T자형 연결부에 도달하는 전력을 안정적으로 유지하여 가공 결과의 반복성이 뛰어납니다. 디스크 레이저의 예열 시간은 거의 없으며, 출력 조절 범위는 1%~100%입니다. 디스크 레이저는 열 렌즈 효과 문제를 완벽하게 해결하여 레이저 출력, 스폿 크기 및 빔 발산 각도가 전체 출력 범위 내에서 안정적이며 빔의 파면이 왜곡되지 않습니다.

5. 광섬유는 레이저가 계속 작동하는 동안에도 플러그 앤 플레이 방식으로 사용할 수 있습니다.

특정 광섬유에 문제가 발생하여 교체해야 할 경우, 전원을 차단하지 않고 해당 광섬유의 광 경로만 차단하면 다른 광섬유에서 레이저 광 출력이 계속됩니다. 광섬유 교체는 플러그 앤 플레이 방식으로 작동이 간편하며, 도구나 정렬 조정이 필요하지 않습니다. 광 부품 영역으로 먼지가 유입되는 것을 엄격하게 방지하기 위해 입구 쪽에 방진 장치가 설치되어 있습니다.

6. 안전하고 신뢰할 수 있음

가공 과정에서 가공 대상 재료의 방사율이 매우 높아 레이저 광이 레이저 내부로 반사되더라도 레이저 자체나 가공 효과에는 아무런 영향을 미치지 않으며, 가공 재료나 광섬유 길이에도 제한이 없습니다. 본 레이저의 작동 안전성은 독일 안전 인증을 획득했습니다.

7. 펌핑 다이오드 모듈은 더 간단하고 빠릅니다.

펌핑 모듈에 장착된 다이오드 어레이 또한 모듈식 구조입니다. 다이오드 어레이 모듈은 수명이 길고 3년 또는 20,000시간 동안 보증됩니다. 계획된 교체든 갑작스러운 고장으로 인한 즉각적인 교체든 가동 중단이 필요하지 않습니다. 모듈에 고장이 발생하면 제어 시스템에서 경보가 울리고 다른 모듈의 전류를 자동으로 적절히 증가시켜 레이저 출력 전력을 일정하게 유지합니다. 사용자는 10시간 또는 그 이상 동안 작업을 계속할 수 있습니다. 생산 현장에서 펌핑 다이오드 모듈을 교체하는 것은 매우 간단하며 작업자 교육이 필요하지 않습니다.

2.2파이버 레이저

다른 레이저와 마찬가지로 광섬유 레이저는 세 부분으로 구성됩니다. 광자를 생성할 수 있는 이득 매질(도핑된 광섬유), 광자가 이득 매질로 되돌아가 공진 증폭될 수 있도록 하는 광학 공진 공동, 그리고 광자 전이를 여기시키는 펌프 소스입니다.

특징: 1. 광섬유는 표면적/부피 비율이 높고 열 방출 효과가 뛰어나 강제 냉각 없이 연속 작동이 가능합니다. 2. 광섬유는 도파관 매질로서 코어 직경이 작고 섬유 내부의 전력 밀도가 높습니다. 따라서 광섬유 레이저는 변환 효율이 높고 문턱값이 낮으며 이득이 높고 선폭이 좁으며 기존 광섬유 레이저에 비해 결합 손실이 적습니다. 3. 광섬유는 유연성이 뛰어나 소형화 및 유연성이 우수하고 구조가 콤팩트하며 비용 효율이 높고 시스템 통합이 용이합니다. 4. 또한 광섬유는 다양한 튜닝 파라미터와 선택성을 제공하며, 넓은 튜닝 범위, 우수한 분산 특성 및 안정성을 구현할 수 있습니다.

파이버 레이저 분류:

1. 희토류 도핑 섬유 레이저

2. 현재 비교적 성숙한 활성 광섬유에 도핑된 희토류 원소: 에르븀, 네오디뮴, 프라세오디뮴, 툴륨 및 이터븀.

3. 광섬유 유도 라만 산란 레이저 요약: 광섬유 레이저는 본질적으로 파장 변환기로서, 펌프광의 파장을 특정 파장의 빛으로 변환하여 레이저 형태로 출력합니다. 물리적 관점에서 광 증폭 발생 원리는 작동 물질이 흡수할 수 있는 파장의 빛을 제공하여 작동 물질이 에너지를 효과적으로 흡수하고 활성화되도록 하는 것입니다. 따라서 도핑 물질에 따라 해당 흡수 파장이 달라지며, 펌프광의 파장 요구 조건 또한 달라집니다.

2.3 반도체 레이저

반도체 레이저는 1962년에 성공적으로 여기되었고, 1970년에는 상온에서 연속 출력을 달성했습니다. 이후 개선을 거쳐 이중 이종접합 레이저와 스트라이프 구조의 레이저 다이오드(레이저 다이오드)가 개발되었으며, 광섬유 통신, 광디스크, 레이저 프린터, 레이저 스캐너, 레이저 포인터 등에 널리 사용되고 있습니다. 현재 가장 많이 생산되는 레이저입니다. 레이저 다이오드의 장점은 높은 효율, 소형화, 경량화, 저렴한 가격입니다. 특히 다중 양자 우물형 레이저 다이오드의 효율은 20~40%에 달하며, PN형 레이저 다이오드도 15~25%의 효율을 보입니다. 요컨대, 높은 에너지 효율이 가장 큰 특징입니다. 또한, 연속 출력 파장 범위가 적외선에서 가시광선까지 광범위하며, 최대 50W(펄스 폭 100ns)의 광 펄스 출력을 내는 제품도 상용화되었습니다. 레이저 다이오드는 라이다 또는 여기 광원으로 사용하기에 매우 적합한 레이저의 한 예입니다. 고체 에너지 밴드 이론에 따르면, 반도체 물질 내 전자의 에너지 준위는 에너지 밴드를 형성합니다. 높은 에너지 밴드는 전도대, 낮은 에너지 밴드는 가전자대이며, 이 두 밴드는 금지대에 의해 분리됩니다. 반도체에 도입된 비평형 전자-정공 쌍이 재결합할 때 방출되는 에너지는 발광 형태로 방출되는데, 이를 전하 운반체의 재결합 발광이라고 합니다.

반도체 레이저의 장점: 소형, 경량, 안정적인 작동, 낮은 전력 소비, 높은 효율 등.

2.4YAG 레이저

YAG 레이저는 광학적, 기계적, 열적 특성이 우수한 레이저 매트릭스의 일종입니다. 다른 고체 레이저와 마찬가지로 YAG 레이저의 기본 구성 요소는 레이저 작동 물질, 펌프 소스 및 공진 공동입니다. 그러나 결정에 도핑된 활성 이온의 종류, 펌프 소스 및 펌핑 방식, 사용되는 공진 공동의 구조 및 기타 기능 구조 장치의 차이로 인해 YAG 레이저는 여러 유형으로 나눌 수 있습니다. 예를 들어, 출력 파형에 따라 연속파 YAG 레이저, 반복 주파수 YAG 레이저, 펄스 레이저 등으로 나눌 수 있고, 작동 파장에 따라 1.06μm YAG 레이저, 주파수 배가 YAG 레이저, 라만 주파수 편이 YAG 레이저, 가변 YAG 레이저 등으로 나눌 수 있으며, 도핑 종류에 따라 Nd:YAG 레이저, Ho, Tm, Er 등이 도핑된 YAG 레이저 등으로 나눌 수 있습니다. 결정 모양에 따라 막대형 YAG 레이저와 판형 YAG 레이저로 나뉘며, 출력에 따라 고출력 YAG 레이저, 저출력 YAG 레이저, 중출력 YAG 레이저 등으로 구분할 수 있다.

고체 YAG 레이저 절단기는 1064nm 파장의 펄스 레이저 빔을 확장, 반사 및 집속하여 재료 표면을 가열합니다. 표면의 열은 열전도를 통해 내부로 확산되며, 레이저 펄스의 폭, 에너지, 최대 출력, 반복 횟수, 주파수 및 기타 매개변수는 CNC 시스템을 통해 정밀하게 디지털 제어됩니다. 이를 통해 재료를 순간적으로 용융, 기화 및 증발시켜 절단, 용접 및 드릴링과 같은 작업을 미리 정해진 궤적으로 수행할 수 있습니다.

특징: 본 장비는 우수한 빔 품질, 높은 효율, 저렴한 비용, 안정성, 안전성, 정밀도 및 신뢰성을 자랑합니다. 절단, 용접, 드릴링 등의 기능을 하나로 통합하여 정밀하고 효율적인 다용도 가공 장비로 이상적입니다. 빠른 가공 속도, 높은 효율, 우수한 경제성, 작은 직선 모서리 슬릿, 매끄러운 절단면, 큰 깊이 대 직경 비율 및 최소 종횡비 대 폭 비율의 열 변형을 특징으로 하며, 경질, 취성, 연질 등 다양한 재료를 가공할 수 있습니다. 가공 중 공구 마모나 교체 문제가 없으며, 기계적인 변경도 필요하지 않습니다. 자동화 구현이 용이하며, 특수 조건에서도 가공이 가능합니다. 펌프 효율이 최대 약 20%에 달하여 레이저 매체의 열 부하가 감소하고 빔 품질이 크게 향상됩니다. 긴 수명, 높은 신뢰성, 소형 및 경량 설계로 소형화 응용 분야에 적합합니다.

적용 분야: 탄소강, 스테인리스강, 합금강, 알루미늄 및 합금, 구리 및 합금, 티타늄 및 합금, 니켈-몰리브덴 합금 등 금속 재료의 레이저 절단, 용접 및 드릴링에 적합합니다. 항공, 우주, 무기, 선박, 석유화학, 의료, 계측기, 마이크로 전자, 자동차 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 가공 품질 향상뿐 아니라 작업 효율도 향상되며, YAG 레이저는 과학 연구에 정확하고 신속한 연구 방법을 제공합니다.

다른 레이저와 비교했을 때:

1. YAG 레이저는 펄스 모드와 연속 모드 모두에서 작동할 수 있습니다. Q-스위칭 및 모드 잠금 기술을 통해 단펄스 및 초단펄스를 생성할 수 있으므로 CO2 레이저보다 처리 범위가 넓습니다.

2. 출력 파장은 1.06μm로, CO2 레이저 파장인 10.06μm보다 정확히 한 자릿수 작기 때문에 금속과의 결합 효율이 높고 가공 성능이 우수합니다.

3. YAG 레이저는 구조가 콤팩트하고 무게가 가벼우며 사용이 간편하고 안정적이며 유지보수 요구 사항이 적습니다.

4. YAG 레이저는 광섬유와 결합할 수 있습니다. 시간 분할 및 전력 분할 다중화 시스템을 이용하면 하나의 레이저 빔을 여러 작업 스테이션 또는 원격 작업 스테이션으로 쉽게 전송할 수 있어 레이저 가공의 유연성을 높여줍니다. 따라서 레이저를 선택할 때는 다양한 매개변수와 실제 요구 사항을 고려해야 합니다. 그래야만 레이저의 최대 효율을 발휘할 수 있습니다. 신테 옵토일렉트로닉스에서 제공하는 펄스형 Nd:YAG 레이저는 산업 및 과학 분야에 적합합니다. 신뢰할 수 있고 안정적인 펄스형 Nd:YAG 레이저는 1064nm 파장에서 최대 1.5J의 펄스 출력과 최대 100Hz의 반복률을 제공합니다.