파이버 레이저의 작동 방식

많은 고객이 레이저가 필요하다는 것을 알고 있지만 실제로 파이버 레이저의 작동 방식을 모르는 고객도 많습니다! 따라서 업계를 처음 접하거나 지식을 연마하고 파이버 레이저의 작동 방식에 대해 새로운 것을 배우려는 경우에 이 기사가 도움이됩니다.

파이버 레이저란?

섬유 레이저는 사용되는 활성 매체가 희소 원소로 도핑된 광섬유 인 레이저이다; 전형적으로, 에르븀, 이테르븀, 네오디뮴, 툴륨, 프라세오디뮴, 홀름 또는 디스프로슘. 어떤 희토류 원소가 사용되었는가는 중요하지 않지만, 주목해야 할 점은 이 레이저 기계의 중심에 사용되는 광섬유라는 것입니다.

이것은 가스 레이저 (일반적으로 헬륨-네온 또는 이산화탄소를 사용)와 크리스탈 레이저 (Nd : YAG 사용)의 두 가지 주요 레이저 유형과 다릅니다. 파이버 레이저는 시장에 출시 된 최신 유형의 레이저이며 많은 사람들이 세 가지 유형 중 가공에 더 유리하다고 주장합니다.

An example of a crystal laser

크리스탈 레이저의 예

파이버 레이저는 어떻게 작동합니까?

앞서 언급했듯이, 레이저의 중앙 매체로 사용되는 섬유는 희토류 원소에 도핑되어 있으며, 이것이 Erbium 인 경우가 가장 많습니다. 이것이 수행되는 이유는 이러한 지구 요소의 원자 수준이 매우 유용한 에너지 수준을 가지고 있기 때문에 더 저렴한 다이오드 레이저 펌프 소스를 사용할 수 있지만 여전히 높은 에너지 출력을 제공하기 때문입니다.

예를 들어, 에르븀 (Erbium)에 섬유를 도핑함으로써, 980nm의 파장을 갖는 광자를 흡수 할 수있는 에너지 레벨이 1550nm의 메타-안정적인 등가물로 붕괴됩니다. 이것이 의미하는 것은 980nm에서 레이저 펌프 소스를 사용할 수 있지만 1550nm의 고품질, 고 에너지 및 고출력 레이저 빔을 달성 할 수 있다는 것입니다.

에르븀 원자는 도핑 된 섬유에서 레이저 매질로서 작용하고, 방출 된 광자는 섬유 코어 내에 남아있다. 광자가 갇힌 상태로있는 공동을 만들기 위해 Fiber Bragg Grating이라는 것이 추가됩니다.

브래그 격자는 단순하게 유리에 줄무늬가있는 부분으로, 굴절률이 변경된 곳입니다. 빛이 한 굴절률과 다음 굴절률 사이의 경계를 통과 할 때마다 약간의 빛이 다시 굴절됩니다. 기본적으로 Bragg Grating은 파이버 레이저를 거울처럼 작동시킵니다.

The internal Bragg Grating acts like a set of mirrors inside the core

내부 Bragg Grating은 코어 내부의 거울처럼 작동합니다

펌프 레이저는 광섬유 코어 자체가 너무 작아 저품질 다이오드 레이저에 초점을 맞출 수 없으므로 광섬유 코어 주위에있는 클래딩에 초점을 맞 춥니 다. 코어 주변의 클래딩으로 레이저를 펌핑하면 레이저가 내부에서 바운스되며, 코어를 통과 할 때마다 점점 더 많은 펌프의 빛이 코어에 흡수됩니다.

이 모든 것이 왜 파이버 레이저가 유용하게 어플리케이션에 적용될 수 있게 만드는가?

상기 내용은 약간 과학적인 내용 일 수 있지만 파이버 레이저의 작동 방식과 함께 제공되는 몇 가지 이점을 알려 드리겠습니다. 파이버 레이저가 사용자에게 제공하는 가장 큰 장점 중 하나는 매우 안정적이라는 것입니다.

다른 일반 레이저는 움직임에 매우 민감하며 두드리거나 부딪 치면 전체 레이저 정렬이 해제됩니다. 광학 장치 자체가 잘못 정렬되면 전문가가 다시 작동하도록 조절해야합니다. 반면 파이버 레이저는 파이버 내부에서 레이저 빔을 생성하므로 민감한 광학 장치의 여파를 좀처럼 받지 않습니다.

파이버 레이저가 작동하는 방식의 또 다른 큰 이점은 전달되는 빔 품질이 매우 좋다는 것입니다. 앞에서 설명한 바와 같이, 빔은 섬유의 코어 내에 포함되어 있기 때문에 초 초점을 유지할 수있는 직선 빔을 유지합니다. 파이버 레이저 빔의 도트는 매우 작게 만들어 레이저 절단과 같은 응용 분야에 적합합니다.

품질은 그대로 유지되지만 파이버 레이저 빔이 제공하는 전력 수준도 높아집니다. 파이버 레이저의 출력은 지속적으로 개선되고 개발되고 있으며, 현재 10kW (# 15) 이상의 출력을 갖는 파이버 레이저를 보유하고 있습니다. 이것은 특히 슈퍼 포커싱 될 때 매우 높은 수준의 전력 출력으로, 모든 종류의 두께의 금속을 쉽게 절단 할 수 있습니다.

파이버 레이저가 작동하는 방식의 또 다른 유용한 측면은 높은 강도와 높은 출력에도 불구하고 동시에 매우 효율적이고 쉽게 냉각 할 수 있다는 것입니다.

다른 많은 레이저는 일반적으로 레이저로받는 작은 양의 전력만을 변환 시킵니다. 반면에 파이버 레이저는 전력의 70 % -80 % 사이에서 변환되며 두 가지 이점이 있습니다.

파이버 레이저는 수신하는 입력을 거의 100 % 가까이 사용하여 효율을 유지합니다. 이는 전력 중 적은 전력이 열 에너지로 변환된다는 것을 의미합니다. 존재하는 모든 열 에너지는 섬유의 길이를 따라 균등하게 분배되며 일반적으로 상당히 깁니다. 이 균일 한 분포로 인해 섬유의 일부가 손상되거나 파손되는 지점까지 지나치게 온도가 올라가지 않습니다.

마지막으로, 파이버 레이저는 진폭 노이즈가 적고, 혹독한 환경에 대한 내성이 뛰어나며, 유지 관리 비용이 낮습니다. 일반적으로 SPI 파이버 레이저는 ‘fit and forget’ 의 컨셉으로 제작되므로 주기적인 서비스가 필요하지 않습니다. 그러나 드물게 유지 보수가 필요하기 위해서는 다른 레이저보다 비용이 일반적으로 약 50 % 저렴합니다.

A Fiber laser requires very little maintenance

파이버 레이저는 유지 보수가 거의 필요하지 않습니다

파이버 레이저에 대해 자세히 알아보십시오

이 간단한 기사를 통해 파이버 레이저의 정의, 작동 방식 및이를 사용하는 모든 사람에게 제공되는 이점에 대한 심층적인 통찰력을 얻는 기회가 되셨길 바랍니다. 이에 대해 더 자세히 논의하려면 FAQ 가이드를 읽고 여기로 문의하십시오.

 

이미지 : Jason MillerLen dela Cruz and Clker-Free-Vector-Images