Grundlagen fasergekoppelter Laserdioden
Fasergekoppelte Laserdioden sind eine Art Lasersystem. Bei einer fasergekoppelten Laserdiode wird der Ausgang der Laserdiode in a eingekoppelt Glasfaserkabel. Dies wird erreicht, indem das Faserende sehr nahe an der Laserdiode platziert wird oder indem Linsen verwendet werden, um das Laserlicht in die Faser zu fokussieren.
Fasergekoppelte Laserdioden bieten einige Vorteile, darunter:
- Das aus der Lichtleitfaser austretende Licht weist ein kreisförmiges und homogenisiertes Intensitätsprofil auf.
- Sie weisen eine symmetrische Strahlqualität auf.
- Sie besitzen hohe Laserleistung.
- Sie können problemlos mit anderen Glasfaserkomponenten gekoppelt werden.
- Der Austausch defekter fasergekoppelter Diodenlaser ist einfach. Der Prozess verläuft nahtlos und erfordert keine Anpassungen an der Geräteausrichtung.
- Sie machen präzise Schnitte in Nanosekunden.
Arten von fasergekoppelten Diodenlasern
Verschiedene fasergekoppelte Laserdioden lassen sich in zwei Kategorien einteilen: Singlemode- und Multimode-Laser.
Singlemode-Faserlaserdioden
Singlemode-Faserlaser werden üblicherweise über einen Faserkerndurchmesser von übertragen <25 Mikrometer. Diese Größe erzeugt einen konzentrierten, hochintensiven Laserstrahl, der auf einen Punkt von nur 20 Mikrometern fokussieren kann.
Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich diese Laserdiode für komplizierte Arbeiten Laserbeschriftung, Mikrobearbeitung und Präzisionsschneidanwendungen. Darüber hinaus können Single-Mode-Laserdioden im Nanosekunden-Pulsbereich erhebliche Leistungswerte von bis zu erreichen 500 Milliwatt.
Singlemode-Laserdioden finden Anwendung in den Bereichen Faserlaser-Seeding, Gassensorik, Konfokale Fluoreszenzmikroskopie, Telekommunikation, industrielle Fertigung und mehr.
Singlemode-Faserlaserdioden gibt es in zwei Varianten: Fabry-Pérot-Laserdioden oder DFB-Laserdioden (Distributed Feedback).
- Fabry-Pérot-Laserdioden: Dabei handelt es sich um eine Art Laserdiode mit einer speziellen Spiegelstruktur, die Licht zwischen zwei Enden des Lasers hin und her reflektiert. Nach dem Eindringen in das Glasfaserkabel wird es zunächst gebrochen, bevor es die Totalreflexion durchläuft. Dadurch entsteht ein kräftiger Lichtstrahl. In Singlemode-Anwendungen werden Fabry-Pérot-Laserdioden bei verschiedenen Wellenlängen eingesetzt, unter anderem bei 1310 nm, 1550 nm und 1625 nm. Das emittierte Licht fällt in die spektrale Breite von 5 nm zu 8 nm.
- DFB-Laserdioden (Distributed Feedback).: Verteilte Rückkopplung ist eine andere Art von Laserdiode mit einem Gitter geringer Linienbreite, das ein Beugungsgitter umfasst. Dieses Gitter spielt in der Laserwellenlänge die Rolle eines Bragg-Reflektors.
Vielleicht möchten Sie mehr darüber erfahren Unterschied zwischen FP-Lasern und DFB-Lasern.
Multimode-fasergekoppelte Laserdioden
Basierend auf breitflächigen, seitlich emittierenden Laserdiodenchips werden fasergekoppelte Multimode-Laserdioden hergestellt Halbleiterwafer. Sie verfügen über einen breiteren Wellenleiter und Emissionsbereich, wodurch sie eine höhere Laserleistung oder Ausgangsleistung erzeugen können.
Mit der Breitstrahlbeugung können Multimode-Laserdioden Licht auf einer größeren Oberfläche emittieren. Aufgrund dieser großen Emissionsfläche ist die Strahlqualität von Multimode-Laserdioden jedoch geringer als die von Singlemode-Laserdioden.
Die Form des Laserstrahls hängt von der Stegbreite des Laserchips ab. Beachten Sie, dass die Stegbreiten von Multimode-Laserdioden betragen 100 Mikron oder mehr. Es erfasst ein größeres Materialvolumen und führt zu mehr Laserleistung, wodurch das Risiko optischer Schäden verringert wird.
Fasergekoppelte Multimode-Laserdioden finden Anwendung in der Industrie, Medizin und Beleuchtung.
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Anwendungen fasergekoppelter Laserdioden
Fasergekoppelte Laserdiodenmodule werden häufig in verschiedenen Anwendungen in der Medizin, Industrie und Instrumentierung eingesetzt. Im Folgenden konzentrieren wir uns auf die häufigste industrielle Verwendung.
1. Materialverarbeitung
Laserenergie ist in der Lage, die Form oder das Aussehen eines Materials zu verändern. Diese Möglichkeit, ein Material zu ändern, kann Geschäftsinhabern helfen Sie können Designs schnell ändern, Produkte ohne Umrüstung erstellen und die Produktqualität verbessern. Von Metallen wie Eisen, Aluminium, Edelstahl und Titan bis hin zu Nichtmetallen wie Verbundwerkstoffen, Keramik, Kunststoffen/Polymeren und Klebstoffen reagiert die Laserdiode gut mit allen.
2. Schneiden
Laserschneiden ist eine der Anwendungen. Fasergekoppelte Diodenlaser ermöglichen präzise Schnitte bei gleichzeitig außergewöhnlicher Kantenqualität. Höhere Stabilität und Effizienz, Strahlqualität, einfache Integration, berührungsloser Prozess und höhere Geschwindigkeiten machen es zur ersten Wahl für Präzisionsteile, die enge Toleranzen erfordern.
3. Schweißen
Geeignet sind fasergekoppelte Dioden Schlüssellochschweißen in verschiedenen industriellen Prozessen. Es gibt zwei Gründe, die es nützlich machen. Erstens liegt die Ausgangsleistung von Faserlasern zwischen 500 W und 10 kW. Und zweitens können sie selbst bei großem Arbeitsabstand fokussierte Punktgrößen zwischen 40 und 800 μm erreichen.
4. Gravur
Faserlaser können auf Oberflächen wie einigen Kunststoffen und Metallen bleibende Spuren hinterlassen. Während des Verfahrens nutzt das Laserlicht einen fokussierten Lichtstrahl und überträgt ihn auf die Materialoberfläche, um eine Markierung zu erzeugen. Diese Technik hilft bei der präzisen Erstellung dauerhafter Markierungen.
Die Rolle fasergekoppelter Laserdioden beim Laserschneiden
Fasergekoppelte Laserdioden haben eine wichtige Anwendung beim Laserschneiden. Konzentrieren wir uns darauf.
Die Lasertechnologie nutzt stimulierte Strahlung zur Erzeugung eines Laserstrahls. Eine Laserdiode gibt dann Licht ab, um es zur Verstärkung an die Glasfaserkabel zu senden. Wenn dieses Laserlicht mit der Oberfläche des zu bearbeitenden Materials in Kontakt kommt, durchdringt es dieses und wandelt sich in Wärmeenergie um. Diese erzeugte Wärme ist dafür verantwortlich, dass die Oberfläche schmilzt.
Im Allgemeinen sind fasergekoppelte Dioden beim Laserschneiden aufgrund der folgenden vier Eigenschaften nützlich:
- Leistungsstabilität: FCLD verfügt über eine stabile Ausgangsleistung, was für das Laserschneiden unerlässlich ist, da es konsistente Ergebnisse gewährleistet.
- Wenig Lärm: Niedrige Geräuschpegel schützen den Bediener vor Muskel-Skelett-Erkrankungen und lärmbedingtem Stress.
- Erweiterte Stabilität der Strahlausrichtung: Dies bedeutet, dass der Laserstrahl präzise Laserschnitte ausführt.
- Den Laser aus der Ferne orten: Dies trägt zur Verbesserung der Sicherheit und Stabilität der Laserschneidsysteme bei.
Beim Laserschneiden Luftunterstützung spielt auch eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung der Schnittgeschwindigkeit und der Schnittqualität. Da die Techniker also einen Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit parallel zum Laserstrahl verwenden, entfernt die Luft das geschmolzene Metall und stellt sicher, dass der Schnitt von hoher Qualität ist.
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Multiwellenlänge von fasergekoppelt
Optische Faserquellen wie fasergekoppelte Diodenlaser können gleichzeitig Licht bei mehreren Wellenlängen emittieren. Genauer gesagt liegt die Wellenlänge des Laserdiodenmoduls direkt im Infrarotbereich des Spektrums, also dazwischen 780 nm und 2200 nm.
Obwohl dieser Teil mit bloßem Auge nicht sichtbar ist, kann er mit verschiedenen Materialien reagieren. Es ist der kürzere Wellenlängenbereich, der es dem Laserlicht ermöglicht, sie leichter zu durchdringen. Zu den Materialien gehören Metalle, Gummi und Kunststoffe, wodurch die Multiwellenlängenfunktion für eine Vielzahl von Materialverarbeitungsanwendungen äußerst nützlich ist.
Einige Multiwellenlängen-Lasermodule können auf Wellenlängen von zugeschnitten werden 1mW zu 5mW. Diese Änderung der Wellenlänge erfolgt entweder durch Anpassen der Temperatur oder durch Dehnen des Laserhohlraums. Dies kann auch durch Anpassen des Stroms zum Seed-Laser erreicht werden.
Einige Vorteile dieser Multiwellenlängen-Diodenlaser sind niedrige Kosten, kompakte Größe und geringe Einfügungsdämpfung.
Auswahl der richtigen fasergekoppelten Laserdiode
Um die richtige Ausgangsleistung zu erreichen, ist es wichtig, das richtige Faserlasersystem auszuwählen. Bei fasergekoppelten Diodenlasern sind nachfolgend einige wesentliche Faktoren aufgeführt.
1. Wellenlängenbereich
Die Wellenlänge einer Laserdiode entscheidet darüber, welche Art von Material sie schneiden oder gravieren kann. Zum Beispiel, CO2-Laser besitzen eine Wellenlänge von 9.6 und 10.6 Mikrometer (μm) und eignen sich perfekt zum Schneiden und Gravieren nichtmetallischer Oberflächen wie Holz, Acryl und Papier. Faserlaserhingegen kann mit einer Wellenlänge von 1.06 Mikrometern Metalle wie Stahl, Aluminium und Kupfer schneiden oder gravieren.
2. Leistungsabgabe
Die Leistungsabgabe der Laserdiode verbessert die Schnittgeschwindigkeit und -tiefe. Eine Laserdiode mit höherer Leistung kann im Vergleich zu einer Laserdiode mit geringerer Leistung nicht nur schneller, sondern auch tiefer in das Material schneiden. Doch Diodenlaser mit höherer Leistung sind teuer.
3. Strahlqualität
Die Qualität des Laserstrahls beeinflusst die Genauigkeit und Präzision des Schnitts. Eine höhere Strahlqualität führt zu besseren Ergebnissen. Die Strahlqualität wird im gemessen M2-Faktor. Wenn der M2-Faktor niedrig ist, ist die Strahlqualität hoch.
4. Fasertyp
In fasergekoppelten Dioden werden hauptsächlich zwei Arten von Fasern verwendet: Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern. Singlemode-Fasern besitzen einen kleineren Faserkerndurchmesser und können mehr Leistung über größere Entfernungen übertragen. Bei einem Multimode-Faserlaser hingegen ist der Faserkerndurchmesser größer.
5. Kühlmethode
Eine fasergekoppelte Laserdiode kann entweder mit Luft oder Wasser gekühlt werden. Luftkühlung ist die gebräuchlichste Kühlmethode. Luftkühlung vergrößert die Oberfläche des zu kühlenden Objekts. Wenn Sie beispielsweise Kühlrippen an der Laserdiode anbringen, erhöht sich die Wärmeübertragungsrate.
Eine andere Möglichkeit, Halbleiterlaserdioden zu kühlen, besteht darin, den Laserbarren auf einem thermoelektrischen Kühler (TEC) zu halten. Der TEC nutzt die Peltier-Effekt um den Laser abzukühlen.
Andererseits ist eine Wasserkühlung effektiver; Allerdings ist es teuer und auch kompliziert.
Weitere Informationen zur Kühlung von Laserdioden finden Sie unter Dieser Artikel.
6. Steuerungsoptionen
Bei fasergekoppelten Diodenlasern gibt es zwei Möglichkeiten, das Gerät anzusteuern. Einer ist ein interner Controller und der andere ist ein externer Controller. Einige Beispiele für interne Controller sind ein integrierter Impulsgenerator oder ein Funktionsgenerator.
Ein Beispiel für einen externen Controller ist eine Gleich- oder Sinusspannungsquelle. Es ist dem Benutzer überlassen, den Typ des Controllers zu wählen: intern oder extern.
Einige Möglichkeiten zur Steuerung fasergekoppelter Laserdioden:
- Passen Sie die Strommenge an, die durch die Laserdioden fließt
- Verwenden Sie einen internen Generator, um Signale zu erzeugen, um die Intensität des Lasers zu ändern oder kurze Laserlichtstöße zu erzeugen.
- Starten Sie einen internen Signalgenerator mit einem Signal von einem externen Generator.
- Passen Sie die entfernte TTL-Signalquelle an, um kontinuierliche, dauerhafte Impulse zu erzeugen 100 µs.
- Verwenden Sie den internen Funktionsgenerator, um das zu erstellen Quasi-CW-Impulse.
7. Diodenverpackung
Die richtige Verpackung trägt dazu bei, die Laserdiode vor Feuchtigkeit, Staub, Ausgasungen und mechanischer Beschädigung zu schützen. Die Ableitung von Wärme ist eine wirksame Möglichkeit, kleinere versiegelte Verpackungen zu kühlen. Bei größeren Geräten funktioniert jedoch die aktive Kühlung mit einem speziellen Gerät namens TEC (Thermoelectric Cooler) oder Wasserkühlung besser.
Für den Umgang mit Diodenverpackungen muss man Folgendes verstehen:
- Bewahren Sie die Verpackung vor dem Öffnen mindestens eine Weile in einem Raum auf 4 Stunden damit es ein thermisches Gleichgewicht erreichen kann.
- Bewahren Sie keine Klebstoffe, Lösungsmittel, Kunststoffe und Wärmeleitpasten in der Nähe der Laserdiode auf
- Verwenden Sie den regulierten Strom Laserdiodentreiber speziell nur für Laserdioden hergestellt.
8. Zusätzliche Tipps zur Auswahl eines fasergekoppelten Diodenlasers
Bevor sich ein Geschäftsinhaber für den Kauf einer fasergekoppelten Laserdiode entscheidet, wird ihm Folgendes empfohlen:
- Berücksichtigen Sie die Art des Materials, das Sie schneiden oder gravieren müssen.
- Berücksichtigen Sie die Dicke des Materials, das Sie schneiden müssen.
- Berücksichtigen Sie die Gesamtgröße des verwendeten Glasfaserkabels, um eine Kopplungseffizienz zu erreichen.
- Betrachten Sie Ihr Budget.
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FAQs
1 – Was ist der Unterschied zwischen fasergekoppelten Diodenlasern und normalen Diodenlasern?
Fasergekoppelte Diodenlaser sind Laser, die eine optische Faser verwenden, um Laserlicht an ihr Ziel zu übertragen. Normale Diodenlaser hingegen bestehen aus vertikal gestapelten Diodenstäben.
2 – Wenn der Ausgangsstrahl von Multimode-Laserdioden 200 bis 300 μm beträgt, können Sie ihn dann als Gaußschen Strahl charakterisieren?
Nein, der resultierende Strahl ist kein Gaußscher Strahl. Wenn das Intensitätsprofil jedoch näher an der Gaußschen Verteilung liegt, können die Prinzipien der Gaußschen Strahlausbreitung angewendet werden.
3 – Was ist der Hauptunterschied zwischen Freiraum und Glasfaserkopplung?
Im freien Raum nutzen Diodenlaser Luft, Vakuum oder den Weltraum als Medium zur Lichtübertragung. Aber fasergekoppelte Laser koppeln das von ihnen erzeugte Licht. Diese Faserkopplung sorgt dafür, dass das Licht in das Ziel fällt.
4 – Kann man Faserlaserdioden nennen?
Ja, ein Faserlaser ist ein Diodenlaser; es ist ein Diodengepumpter Festkörperlaser(DPSSL). Diese Dioden sind Halbleiterdioden Funktioniert als Laserquelle und emittiert Licht in eine Faser aus Phosphatglas oder Silikat. Nachdem es das Licht absorbiert hat, wandelt es es in Laserlicht um.
Fazit
Fasergekoppelte Laserdioden sind leistungsstarke Halbleiter. Zu verstehen, wie es in verschiedenen Branchen funktioniert und hilft, ist ein guter Ansatz, um zu entscheiden, was für Sie funktionieren wird. Es handelt sich um eine vielversprechende Technologie, die das Potenzial hat, die Arbeitsweise verschiedener Branchen in der Zukunft zu revolutionieren.
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