Характеристики волоконных лазеров.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный технический университет»

(ФГБОУ ВПО «СамГТУ»)

Факультет машиностроения и автомобильного транспорта

Кафедра «Инструментальные системы автоматизированного производства»

К преимуществам волоконных лазеров традиционно относят значительное отношение площади резонатора к его объёму, что обеспечивает качественное охлаждение, термостойкость кремния и небольшие размеры приборов в подобных классах требований по мощности и качеству. Лазерный луч, как правило, необходимо завести в оптическое волокно для последующего использования в технике. Для лазеров иной конструкции это требует специальных оптических систем коллимации и делает устройства чувствительными к вибрациям. В волоконных лазерах генерация излучения происходит непосредственно в волокне, и оно имеет высокое оптическое качество.

Недостатками данного типа лазеров являются опасность возникновения нелинейных эффектов из-за высокой плотности излучения в волокне и сравнительно небольшая выходная энергия в импульсе, обусловленная малым объёмом активного вещества.

Волоконные лазеры проигрывают твердотельным в сферах применения, где требуется высокая стабильность поляризации, а использование сохраняющего поляризацию волокна затруднено по различным причинам. Твердотельные лазеры не могут быть заменены волоконными в спектральном диапазоне 0,7—1,0 мкм. Они также имеют больший потенциал для наращивания выходной мощности импульса по сравнению с волоконными.

Однако волоконные лазеры показывают хорошие результаты на длинах волн, где не существует достаточно хороших активных сред или зеркал для лазеров иных конструкций, и позволяют с меньшими сложностями реализовывать некоторые лазерные схемы.

Мощность волоконных лазеров, применяемых для технологических целей составляет от 100 Вт до 4…6кВт. Излучение такой мощности получают сочетанием многокаскадного усиления в волокнах с набором мощности излучения от нескольких лазеров с меньшей мощностью.

Применение

 

Благодаря широкому выбору параметров волоконные лазеры нашли применение во многих сферах деятельности. В частности, они используются для гравировки и резки металлов в промышленности и для лазерной маркировки товаров, где необходимы большая пиковая мощность коротких импульсов, следующих с заданной частотой. Так, для пластика и металла используются импульсы 5—10 кВт длительностью от 10 до 100 нс при частоте следования от 20 до 200 кГц. Это позволяет изменять лишь оптические свойства поверхности без повреждения внутренней структуры изделия. Лазеры до 60 Вт используются при сварке нержавеющей стали в компонентах электроники и медицинских инструментов толщиной в десятые доли миллиметра.

 

 

Вариант 2

Задание: Обработать площадку 50х50 мм импульсным излучением частотой 1 Гц. Посчитать время обработки и коэффициент заполнения.

Форма пучка – круг диаметром d=4 м; K_п=0,7.

Найдем количество импульсов в ряду вдоль одного ребра по формуле:

n=(L-r)/S,

где L – длина заготовки вдоль направления движения пучка, r – радиус пятна излучения, S – шаг импульсов.

S= K_п∙d =4∙0,7=2,8 мм,

n=(50-2)/2,8=17,14.

Получаем 17 импульсов в 1 ряду вдоль одного ребра заготовки.

В основании заготовки квадрат, следовательно всего импульсов будет:

N=n²=17²=289.

Частота импульсов равна 1 Гц, значит для обработки заготовки 50х50 мм затрачивается 289 секунд или 4 мин 49 секунд.

Коэффициент заполнения найдем при помощи программного пакета КОМПАС-3D.

Строим вытягиванием на заготовке цилиндр диаметром d=4 мм (Рис. 3).

Рис 3. Один импульс.

Распространяем вправо и вниз по 17 импульсов с шагом 2,8 мм при помощи массива (Рис. 4).

Рис 4. 289 импульсов.

 

Получили обработанную поверхность (Рис. 5).

 

 

Рис 5. Обработанная поверхность.

 

Находим площадь обработанной поверхности (Рис. 6).

Рис 6. Площадь обработанной поверхности

Находим коэффициент заполнения:

К = 2346/2500=0,94.