Láseres de fibra: 7 ventajas y diferencias

Antes de comprar unLáser de fibra, es necesario entender en qué se diferencia de otros láseres. Sabemos que un láser en funcionamiento requiere tres componentes: una fuente de bombeo para el suministro de energía, un medio de ganancia y un resonador óptico. Para los láseres de fibra, aunque la elección de la fuente de bombeo no es más que diodos láser y otros láseres de fibra, el diseño del medio de ganancia y el resonador óptico son esencialmente diferentes.
 

Esta estructura única aporta siete ventajas principales:

1. Medio de ganancia de alta eficiencia
A diferencia de otros láseres, los láseres de fibra logran amplificación de la luz en fibras ópticas dopadas con iones de metales de tierras raras como iterbio (Yb3+), neodimio (Nd3+), tulio (Tm3+), praseodimio (Pr3+) o erbio (Er3+). Estos iones activos con láser pueden absorber la mayor parte de la luz de la bomba y luego emitir fotones de frecuencias específicas mediante emisión estimulada. La estructura inherentemente flexible de la fibra óptica permite distancias de ganancia más largas en comparación con otros tipos de láseres. Esto proporciona una alta ganancia óptica.

2. Bucle de retroalimentación inteligente a través de rejilla de Bragg de fibra
En lugar de utilizar espejos dieléctricos tradicionales, la retroalimentación óptica en los láseres de fibra generalmente la proporcionan rejillas de Bragg de fibra, que son una serie de fibras de vidrio con diferentes índices de refracción fusionadas de manera periódica. Estas estructuras periódicas pueden reflejar rayos láser de longitudes de onda específicas y convertirse así en la cavidad óptica del láser de fibra. Por lo tanto, para los láseres de fibra, la cavidad óptica está en realidad dentro del medio de ganancia.

3. Cavidad óptica robusta
Hay un malentendido común que se debe evitar cuando se habla de láseres de fibra, y es que no son lo mismo los láseres de fibra que los láseres con fibra óptica. Por ejemplo, en los láseres de diodo acoplados a fibra, la fibra óptica se utiliza únicamente para fines de transmisión del haz y no intervienen los principios físicos de la emisión estimulada. Entonces, si bien las fibras ópticas se acoplan a los sistemas láser, todavía no tienen todas las excelentes cualidades de los láseres de fibra. La exclusiva cavidad óptica integrada utiliza fibra óptica enrollada como medio de ganancia, creando una cavidad óptica fuerte y estable.

4. Estructura compacta
Una de las principales ventajas de los láseres de fibra es su diseño compacto. En comparación con productos similares, los láseres de fibra ocupan un espacio mucho menor para potencias de salida equivalentes. Esto se debe a que la fibra óptica es flexible y se puede enrollar en un espacio compacto. Además, la flexibilidad de la fibra óptica también permite personalizar aún más la ruta óptica, proporcionando una mayor libertad de diseño para diversas situaciones específicas.

5. Alta potencia de salida
Debido a que el medio de ganancia en los láseres de fibra es muy delgado y flexible, la fibra puede tener varios kilómetros de largo, lo que permite lograr ganancias de luz de bombeo muy altas. Además, el calor generado por los láseres de fibra se puede disipar de manera eficiente debido a la gran relación superficie-volumen de la fibra. Como resultado, los láseres de fibra pueden funcionar de forma continua a niveles de kilovatios sin necesidad de complejos sistemas de refrigeración.

6. Excelente calidad del haz
Normalmente, la calidad del haz láser se refiere a la precisión con la que se enfoca el haz, cuantificado por el coeficiente M2, que idealmente es igual a 1 para la calidad más alta del haz. Entre los láseres de fibra, la fibra monomodo suele tener el mejor rendimiento del haz y, por lo tanto, se utiliza ampliamente. Por ejemplo, en el corte y la soldadura por láser, la alta calidad del haz permite largas distancias entre la pieza de trabajo y el objeto enfocado. Esta configuración protege la óptica de la suciedad y el humo. Fundamentalmente, reducir el diámetro del haz no sólo permite la fabricación de estructuras más finas sino que también permite el uso de componentes ópticos más pequeños y más baratos.

7. Alta confiabilidad
Los láseres de fibra son muy fiables y requieren poco mantenimiento, y como la trayectoria óptica está encerrada dentro de un revestimiento protector, el rayo láser es menos susceptible a interferencias externas. Por lo tanto, los láseres de fibra generalmente tienen una excelente estabilidad en condiciones operativas de alta temperatura y vibración.

¿Cuál es la diferencia entre los láseres de fibra y otros láseres?
Si bien las ventajas de los láseres de fibra son muchas, es importante comprender cómo se comparan con la competencia. Como veremos a continuación, la superioridad de un láser de fibra depende de la configuración de la aplicación y, en algunos casos, un competidor de láser de fibra puede ser más adecuado para el láser de fibra.

Láseres de fibra versus láseres de bloque
Un láser masivo es un láser de estado sólido que utiliza un cristal o vidrio dopado como medio de ganancia. Los láseres Nd:YAG y los láseres de titanio-zafiro son dos buenos ejemplos. En términos generales, los láseres de fibra tienen mejores especificaciones que los láseres a granel, como se muestra en la siguiente figura:

Sin embargo, esto no significa que los láseres volumétricos no sean valiosos para el procesamiento de materiales. Por ejemplo, en la región de longitud de onda de 700-1000 nm, ningún láser de fibra puede reemplazar a un láser de Ti:zafiro sintonizable. Además, los láseres de volumen pueden alcanzar potencias máximas más altas y, por tanto, son más adecuados para procesar materiales. Además de eso, los sistemas láser de fibra pueden requerir componentes especiales y un uso complejo, y su mayor costo puede ser perjudicial para la economía.

Láseres de fibra versus láseres de CO2
Si bien ambos láseres son excelentes para cortar materiales, su enfoque funcional es en realidad diferente. Por un lado, los láseres de CO2 son excelentes herramientas para cortar materiales no metálicos como los plásticos. Su eficiencia relativamente alta y buena calidad del haz los convierten en el tipo de láser más utilizado en la industria.

Máquina de corte por láser de CO2

Por otro lado, los láseres de fibra han logrado importantes avances en el corte de placas metálicas (principalmente de acero inoxidable) en los últimos años, debido principalmente a su rápida velocidad de corte. Con una potencia equivalente, su velocidad de corte suele ser {{0}} veces mayor que la de los láseres de dióxido de carbono. veces. En términos generales, vale la pena considerar los láseres de fibra para la producción en volumen al cortar metales de 0.25 pulgadas de espesor o menos, pero cuando los metales tienen un espesor superior a 0,375 pulgadas, los láseres de CO2 aún ofrecen ventajas de velocidad y una excelente calidad de corte. Por lo tanto, es poco probable que los láseres de fibra reemplacen completamente a los láseres de CO2 cuando se trata de corte de materiales.

Láseres de fibra y láseres de diodo directo
Los láseres de diodo han sido criticados durante mucho tiempo por su baja potencia de salida y su mala calidad del haz. No obstante, los avances recientes en la tecnología del láser de diodo directo muestran su potencial como actor importante en el procesamiento de materiales. Los láseres de diodo directo pueden cortar un 10%-20% más rápido que los láseres de fibra. Además, los láseres de diodo directo pueden cortar metales más gruesos y lograr una menor rugosidad superficial. Lo mejor de todo es que también son adecuados para procesar materiales altamente reflectantes como el cobre. Por el contrario, los láseres de fibra tienen una eficacia limitada a este respecto. Sin embargo, los láseres de fibra siguen teniendo enormes ventajas en términos de calidad del haz y madurez tecnológica. Esto los convierte en una excelente opción para el procesamiento de materiales macroscópicos.

Los láseres de fibra han revolucionado claramente la industria del láser. Los láseres de fibra ofrecen una serie de ventajas clave sobre otros tipos de láseres, lo que abre el camino a una mayor productividad. La elección de medios de ganancia eficientes y una cavidad láser integrada proporciona un rendimiento de salida potente y estable. Su tamaño compacto es un punto de venta clave para aplicaciones OEM/integradas. Sin embargo, su superioridad depende en gran medida de la configuración de la aplicación, teniendo en cuenta su longitud de onda de salida y su capacidad de sintonización limitada.

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