लेजर अनुप्रयोग और वर्गीकरण

1. डिस्क लेजर

डिस्क लेजर डिज़ाइन अवधारणा के प्रस्ताव ने सॉलिड-स्टेट लेजरों की थर्मल प्रभाव समस्या को प्रभावी ढंग से हल कर दिया और सॉलिड-स्टेट लेजरों की उच्च औसत शक्ति, उच्च शिखर शक्ति, उच्च दक्षता और उच्च बीम गुणवत्ता का उत्तम संयोजन प्राप्त किया। डिस्क लेजर ऑटोमोबाइल, जहाज, रेलवे, विमानन, ऊर्जा और अन्य क्षेत्रों में प्रसंस्करण के लिए एक अपरिहार्य नया लेजर प्रकाश स्रोत बन गया है। वर्तमान उच्च-शक्ति डिस्क लेजर तकनीक की अधिकतम शक्ति 16 किलोवाट और बीम गुणवत्ता 8 मिमी मिलिरैडियन है, जो रोबोट लेजर रिमोट वेल्डिंग और बड़े आकार के लेजर हाई-स्पीड कटिंग को सक्षम बनाती है, जिससे सॉलिड-स्टेट लेजरों के लिए क्षेत्र में व्यापक संभावनाएं खुलती हैं।उच्च-शक्ति लेजर प्रसंस्करणअनुप्रयोग बाजार।

डिस्क लेजर के फायदे:

1. मॉड्यूलर संरचना

डिस्क लेज़र मॉड्यूलर संरचना पर आधारित है, और प्रत्येक मॉड्यूल को साइट पर ही आसानी से बदला जा सकता है। कूलिंग सिस्टम और लाइट गाइड सिस्टम लेज़र स्रोत के साथ एकीकृत हैं, जिससे इसकी संरचना कॉम्पैक्ट है, आकार छोटा है और इंस्टॉलेशन एवं डिबगिंग में तेज़ी आती है।

2. उत्कृष्ट बीम गुणवत्ता और मानकीकृत

2 किलोवाट से अधिक क्षमता वाले सभी TRUMPF डिस्क लेज़रों का बीम पैरामीटर उत्पाद (BPP) 8 मिमी/mrad पर मानकीकृत है। यह लेज़र ऑपरेटिंग मोड में बदलाव से अप्रभावित रहता है और सभी TRUMPF ऑप्टिक्स के साथ संगत है।

3. चूंकि डिस्क लेजर में स्पॉट का आकार बड़ा होता है, इसलिए प्रत्येक ऑप्टिकल तत्व द्वारा सहन की जाने वाली ऑप्टिकल पावर घनत्व कम होती है।

ऑप्टिकल एलिमेंट कोटिंग की क्षति सीमा आमतौर पर लगभग 500 मेगावाट/सेमी² होती है, और क्वार्ट्ज की क्षति सीमा 2-3 गीगावाट/सेमी² होती है। TRUMPF डिस्क लेजर अनुनाद गुहा में शक्ति घनत्व आमतौर पर 0.5 मेगावाट/सेमी² से कम होता है, और युग्मन फाइबर पर शक्ति घनत्व 30 मेगावाट/सेमी² से कम होता है। इतना कम शक्ति घनत्व ऑप्टिकल घटकों को नुकसान नहीं पहुंचाएगा और गैर-रेखीय प्रभाव उत्पन्न नहीं करेगा, जिससे परिचालन विश्वसनीयता सुनिश्चित होती है।

4. लेजर पावर रीयल-टाइम फीडबैक नियंत्रण प्रणाली को अपनाएं।

रीयल-टाइम फीडबैक कंट्रोल सिस्टम टी-पीस तक पहुंचने वाली पावर को स्थिर बनाए रखता है, और प्रोसेसिंग के परिणाम उत्कृष्ट रूप से सटीक होते हैं। डिस्क लेजर का प्रीहीटिंग समय लगभग शून्य है, और समायोज्य पावर रेंज 1%–100% है। डिस्क लेजर थर्मल लेंस प्रभाव की समस्या को पूरी तरह से हल कर देता है, इसलिए लेजर पावर, स्पॉट साइज और बीम डायवर्जेंस एंगल पूरी पावर रेंज में स्थिर रहते हैं, और बीम के वेवफ्रंट में कोई विकृति नहीं आती है।

5. लेजर के चलते रहने के दौरान ऑप्टिकल फाइबर को प्लग-एंड-प्ले किया जा सकता है।

जब कोई ऑप्टिकल फाइबर खराब हो जाता है, तो उसे बदलते समय, सिस्टम को बंद किए बिना केवल उस फाइबर के ऑप्टिकल पथ को बंद करना होता है, और अन्य ऑप्टिकल फाइबर लेजर प्रकाश उत्पन्न करना जारी रख सकते हैं। ऑप्टिकल फाइबर बदलना आसान है, प्लग एंड प्ले तकनीक का उपयोग किया जा सकता है, इसके लिए किसी उपकरण या संरेखण समायोजन की आवश्यकता नहीं होती है। प्रवेश द्वार पर एक धूलरोधी उपकरण लगा है जो ऑप्टिकल घटक क्षेत्र में धूल के प्रवेश को सख्ती से रोकता है।

6. सुरक्षित और विश्वसनीय

प्रसंस्करण के दौरान, यदि संसाधित की जा रही सामग्री की उत्सर्जन क्षमता इतनी अधिक हो कि लेजर प्रकाश वापस लेजर में परावर्तित हो जाए, तब भी इसका लेजर या प्रसंस्करण प्रक्रिया पर कोई प्रभाव नहीं पड़ेगा, और सामग्री प्रसंस्करण या फाइबर की लंबाई पर कोई प्रतिबंध नहीं होगा। लेजर के संचालन की सुरक्षा को जर्मन सुरक्षा प्रमाणपत्र प्राप्त है।

7. पंपिंग डायोड मॉड्यूल सरल और तेज़ है।

पंपिंग मॉड्यूल पर लगा डायोड ऐरे भी मॉड्यूलर संरचना का है। डायोड ऐरे मॉड्यूल की सेवा अवधि लंबी होती है और इस पर 3 वर्ष या 20,000 घंटे की वारंटी है। योजनाबद्ध प्रतिस्थापन हो या अचानक खराबी के कारण तत्काल प्रतिस्थापन, किसी भी प्रकार के डाउनटाइम की आवश्यकता नहीं होती है। मॉड्यूल के खराब होने पर, नियंत्रण प्रणाली अलार्म बजाएगी और लेजर आउटपुट पावर को स्थिर रखने के लिए अन्य मॉड्यूल के करंट को स्वचालित रूप से उचित रूप से बढ़ा देगी। उपयोगकर्ता दस या दर्जनों घंटों तक काम करना जारी रख सकता है। उत्पादन स्थल पर पंपिंग डायोड मॉड्यूल को बदलना बहुत आसान है और इसके लिए ऑपरेटर प्रशिक्षण की आवश्यकता नहीं होती है।

2.2फाइबर लेजर

अन्य लेज़रों की तरह, फाइबर लेज़र भी तीन भागों से मिलकर बने होते हैं: एक गेन मीडियम (डॉप्ड फाइबर) जो फोटॉन उत्पन्न कर सकता है, एक ऑप्टिकल रेज़ोनेंट कैविटी जो फोटॉनों को वापस गेन मीडियम में फीड करने और रेज़ोनेंट रूप से प्रवर्धित करने की अनुमति देती है, और एक पंप स्रोत जो फोटॉन ट्रांज़िशन को उत्तेजित करता है।

विशेषताएं: 1. ऑप्टिकल फाइबर का सतह क्षेत्र/आयतन अनुपात उच्च होता है, ऊष्मा अपव्यय क्षमता अच्छी होती है, और यह बिना किसी जबरन शीतलन के निरंतर कार्य कर सकता है। 2. तरंगमार्ग माध्यम होने के कारण, ऑप्टिकल फाइबर का कोर व्यास छोटा होता है और इसके भीतर उच्च शक्ति घनत्व की संभावना होती है। इसलिए, फाइबर लेजर में उच्च रूपांतरण दक्षता, कम थ्रेशोल्ड, उच्च लाभ और संकीर्ण लाइनविड्थ होती है, और ऑप्टिकल फाइबर की तुलना में इनमें युग्मन हानि कम होती है। 3. ऑप्टिकल फाइबर में अच्छी लचीलता होने के कारण, फाइबर लेजर छोटे और लचीले होते हैं, संरचना में सघन होते हैं, लागत प्रभावी होते हैं और सिस्टम में आसानी से एकीकृत हो जाते हैं। 4. ऑप्टिकल फाइबर में कई ट्यून करने योग्य पैरामीटर और चयनात्मकता भी होती है, और यह काफी विस्तृत ट्यूनिंग रेंज, अच्छा फैलाव और स्थिरता प्राप्त कर सकता है।

फाइबर लेजर का वर्गीकरण:

1. दुर्लभ पृथ्वी तत्व से युक्त फाइबर लेजर

2. वर्तमान में अपेक्षाकृत परिपक्व सक्रिय ऑप्टिकल फाइबर में मिश्रित दुर्लभ पृथ्वी तत्व: एर्बियम, नियोडिमियम, प्रेज़ियोडिमियम, थुलियम और यटरबियम।

3. फाइबर स्टिमुलेटेड रमन स्कैटरिंग लेजर का सारांश: फाइबर लेजर मूल रूप से एक तरंगदैर्ध्य कनवर्टर है, जो पंप तरंगदैर्ध्य को एक विशिष्ट तरंगदैर्ध्य के प्रकाश में परिवर्तित कर लेजर के रूप में आउटपुट प्रदान करता है। भौतिक दृष्टि से, प्रकाश प्रवर्धन उत्पन्न करने का सिद्धांत यह है कि कार्यशील पदार्थ को उस तरंगदैर्ध्य का प्रकाश प्रदान किया जाए जिसे वह अवशोषित कर सके, ताकि कार्यशील पदार्थ प्रभावी रूप से ऊर्जा अवशोषित कर सक्रिय हो सके। इसलिए, डोपिंग पदार्थ के आधार पर, संबंधित अवशोषण तरंगदैर्ध्य भी भिन्न होती है, और पंप प्रकाश की तरंगदैर्ध्य की आवश्यकताएं भी भिन्न होती हैं।

2.3 सेमीकंडक्टर लेजर

1962 में सेमीकंडक्टर लेजर को सफलतापूर्वक उत्तेजित किया गया और 1970 में कमरे के तापमान पर निरंतर आउटपुट प्राप्त किया गया। बाद में, सुधारों के बाद, डबल हेटरोजंक्शन लेजर और स्ट्राइप-स्ट्रक्चर्ड लेजर डायोड (लेजर डायोड) विकसित किए गए, जिनका व्यापक रूप से ऑप्टिकल फाइबर संचार, ऑप्टिकल डिस्क, लेजर प्रिंटर, लेजर स्कैनर और लेजर पॉइंटर (लेजर पॉइंटर) में उपयोग किया जाता है। ये वर्तमान में सबसे अधिक उत्पादित लेजर हैं। लेजर डायोड के लाभ हैं: उच्च दक्षता, छोटा आकार, हल्का वजन और कम कीमत। विशेष रूप से, मल्टीपल क्वांटम वेल प्रकार की दक्षता 20~40% है, और पीएन प्रकार भी 15%~25% तक पहुँचता है। संक्षेप में, उच्च ऊर्जा दक्षता इसकी सबसे बड़ी विशेषता है। इसके अलावा, इसकी निरंतर आउटपुट तरंगदैर्ध्य अवरक्त से दृश्य प्रकाश तक की सीमा को कवर करती है, और 50W (पल्स चौड़ाई 100ns) तक ऑप्टिकल पल्स आउटपुट वाले उत्पाद भी व्यावसायीकरण में उपलब्ध हैं। यह एक ऐसे लेजर का उदाहरण है जिसका उपयोग लिडार या उत्तेजना प्रकाश स्रोत के रूप में करना बहुत आसान है। ठोस पदार्थों के ऊर्जा बैंड सिद्धांत के अनुसार, अर्धचालक पदार्थों में इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर ऊर्जा बैंड बनाते हैं। उच्च ऊर्जा स्तर वाला बैंड चालन बैंड कहलाता है, निम्न ऊर्जा स्तर वाला बैंड संयोजकता बैंड कहलाता है, और इन दोनों बैंडों के बीच एक निषिद्ध बैंड होता है। जब अर्धचालक में प्रवेश करने वाले असंतुलित इलेक्ट्रॉन-होल युग्म पुनर्संयोजित होते हैं, तो मुक्त ऊर्जा प्रकाश के रूप में विकीर्ण होती है, जो वाहकों का पुनर्संयोजन प्रकाश है।

सेमीकंडक्टर लेजर के फायदे: छोटा आकार, हल्का वजन, विश्वसनीय संचालन, कम बिजली की खपत, उच्च दक्षता आदि।

2.4वाईएजी लेजर

वाईएजी लेजर, एक प्रकार का लेजर है, जो उत्कृष्ट समग्र गुणों (प्रकाशिकी, यांत्रिकी और तापीय) वाला लेजर मैट्रिक्स है। अन्य ठोस लेज़रों की तरह, वाईएजी लेज़रों के मूल घटक लेजर कार्यशील पदार्थ, पंप स्रोत और अनुनादी गुहा हैं। हालांकि, क्रिस्टल में मिश्रित विभिन्न प्रकार के सक्रिय आयनों, विभिन्न पंप स्रोतों और पंपिंग विधियों, उपयोग की जाने वाली अनुनादी गुहा की विभिन्न संरचनाओं और अन्य कार्यात्मक संरचनात्मक उपकरणों के कारण, वाईएजी लेज़रों को कई प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, आउटपुट तरंगरूप के अनुसार, इसे सतत तरंग वाईएजी लेजर, आवृत्ति-प्रतिबद्ध वाईएजी लेजर और पल्स लेजर आदि में विभाजित किया जा सकता है; परिचालन तरंगदैर्ध्य के अनुसार, इसे 1.06μm वाईएजी लेजर, आवृत्ति-दोहरीकृत वाईएजी लेजर, रमन आवृत्ति-स्थानांतरित वाईएजी लेजर और ट्यूनेबल वाईएजी लेजर आदि में विभाजित किया जा सकता है; मिश्रण के अनुसार, विभिन्न प्रकार के लेज़रों को Nd:YAG लेज़र, Ho, Tm, Er आदि से मिश्रित वाईएजी लेज़रों में विभाजित किया जा सकता है। क्रिस्टल के आकार के आधार पर, इन्हें छड़ के आकार और स्लैब के आकार के YAG लेजर में विभाजित किया जाता है; विभिन्न आउटपुट शक्तियों के आधार पर, इन्हें उच्च शक्ति और निम्न एवं मध्यम शक्ति वाले YAG लेजर आदि में विभाजित किया जा सकता है।

सॉलिड वाईएजी लेजर कटिंग मशीन 1064 एनएम तरंगदैर्ध्य वाली स्पंदित लेजर किरण को फैलाती, परावर्तित करती और केंद्रित करती है, फिर उसे विकिरणित करके सामग्री की सतह को गर्म करती है। सतह की ऊष्मा तापीय चालन द्वारा आंतरिक भाग तक फैलती है, और लेजर पल्स की चौड़ाई, ऊर्जा, पीक पावर और पुनरावृति को डिजिटल रूप से सटीक रूप से नियंत्रित किया जाता है। आवृत्ति और अन्य मापदंडों के माध्यम से सामग्री को तुरंत पिघलाया, वाष्पीकृत किया और वाष्पित किया जा सकता है, जिससे सीएनसी प्रणाली द्वारा पूर्व निर्धारित पथों पर कटिंग, वेल्डिंग और ड्रिलिंग की जा सकती है।

विशेषताएं: इस मशीन में अच्छी बीम गुणवत्ता, उच्च दक्षता, कम लागत, स्थिरता, सुरक्षा, अधिक परिशुद्धता और उच्च विश्वसनीयता है। यह कटिंग, वेल्डिंग, ड्रिलिंग और अन्य कार्यों को एकीकृत करती है, जिससे यह एक आदर्श परिशुद्ध और कुशल लचीला प्रसंस्करण उपकरण बन जाता है। तीव्र प्रसंस्करण गति, उच्च दक्षता, अच्छे आर्थिक लाभ, छोटे सीधे किनारे वाले स्लिट्स, चिकनी कटिंग सतह, उच्च गहराई-से-व्यास अनुपात और न्यूनतम पहलू-से-चौड़ाई अनुपात तापीय विरूपण, और कठोर, भंगुर और नरम जैसी विभिन्न सामग्रियों पर प्रसंस्करण करने की क्षमता। प्रसंस्करण में उपकरण घिसने या बदलने की कोई समस्या नहीं है, और कोई यांत्रिक परिवर्तन नहीं होता है। स्वचालन को आसानी से साकार किया जा सकता है। यह विशेष परिस्थितियों में प्रसंस्करण कर सकता है। पंप दक्षता लगभग 20% तक उच्च है। दक्षता बढ़ने के साथ, लेजर माध्यम का ताप भार कम हो जाता है, जिससे बीम में काफी सुधार होता है। इसकी लंबी गुणवत्ता, उच्च विश्वसनीयता, छोटा आकार और हल्का वजन इसे लघुकरण अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है।

उपयोग: कार्बन स्टील, स्टेनलेस स्टील, मिश्र धातु स्टील, एल्युमीनियम और मिश्रधातु, तांबा और मिश्रधातु, टाइटेनियम और मिश्रधातु, निकेल-मोलिब्डेनम मिश्रधातु और अन्य धातुओं की लेजर कटिंग, वेल्डिंग और ड्रिलिंग के लिए उपयुक्त। विमानन, अंतरिक्ष, हथियार, जहाज, पेट्रोकेमिकल, चिकित्सा, उपकरण, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमोबाइल और अन्य उद्योगों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इससे न केवल प्रसंस्करण की गुणवत्ता में सुधार होता है, बल्कि कार्य कुशलता भी बढ़ती है; इसके अलावा, YAG लेजर वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए एक सटीक और तीव्र शोध विधि भी प्रदान करता है।

अन्य लेज़रों की तुलना में:

1. वाईएजी लेजर पल्स और निरंतर दोनों मोड में काम कर सकता है। क्यू-स्विचिंग और मोड-लॉकिंग तकनीक के माध्यम से इसकी पल्स आउटपुट से छोटी पल्स और अति-छोटी पल्स प्राप्त की जा सकती हैं, जिससे इसकी प्रसंस्करण सीमा सीओ2 लेजर की तुलना में अधिक हो जाती है।

2. इसकी आउटपुट तरंगदैर्ध्य 1.06um है, जो कि CO2 लेजर की तरंगदैर्ध्य 10.06um से ठीक एक परिमाण क्रम छोटी है, इसलिए इसमें धातु के साथ उच्च युग्मन दक्षता और अच्छा प्रसंस्करण प्रदर्शन है।

3. वाईएजी लेजर की संरचना सघन होती है, यह हल्का होता है, इसका उपयोग आसान और विश्वसनीय होता है, और इसके रखरखाव की आवश्यकता कम होती है।

4. YAG लेज़र को ऑप्टिकल फाइबर के साथ जोड़ा जा सकता है। टाइम डिवीज़न और पावर डिवीज़न मल्टीप्लेक्स सिस्टम की मदद से, एक लेज़र बीम को कई वर्कस्टेशन या रिमोट वर्कस्टेशन तक आसानी से भेजा जा सकता है, जिससे लेज़र प्रोसेसिंग में लचीलापन आता है। इसलिए, लेज़र का चयन करते समय, आपको विभिन्न मापदंडों और अपनी वास्तविक आवश्यकताओं पर विचार करना चाहिए। केवल इसी तरह लेज़र अपनी अधिकतम दक्षता प्राप्त कर सकता है। Xinte ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा प्रदान किए गए पल्स्ड Nd:YAG लेज़र औद्योगिक और वैज्ञानिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं। विश्वसनीय और स्थिर पल्स्ड Nd:YAG लेज़र 1064nm पर 1.5J तक पल्स आउटपुट और 100Hz तक की पुनरावृति दर प्रदान करते हैं।