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光ファイバレーザ切断機のレーザの基本構成
2022-09-131399

レーザーカッターの普及に伴い、現在の社会にとっては特別な技術ではなくなっている。しかし、ここ数年のレーザー切断技術の急速な発展、特に電力の絶えずの向上は、レーザー切断機のアップグレードを促進し、切断技術であれ管材セット技術であれ、管材切断技術であれ、異なる程度の変化があった。光ファイバーレーザー切断機は非常に人気があり、加工効率も非常に高い設備であり、従来の加工設備に比べて大量に材料を生産し切断することができ、業界の発展が速い今日では会社の重用を受けている。

fiber laser cutter

 

従来のファイバレーザ切断機レーザは、作動物質、ポンプ源、光学共振器の3つの部分を含む。

 

作動物質はレーザーを発生する物質の基礎であり、レーザーの核心部分であり、粒子数の反転を実現し、誘導放射を発生するための物質系である。作動物質の分類方法は通常2種類ある:1つは作動物質の存在形態によって分類され、作動物質は気体、固体、液体及び半導体などに分けることができ、もう1つはレート方程式理論に基づいてレーザーを発生する過程を分析するのに適したエネルギーレベル構造であり、3エネルギーレベルシステム、4エネルギーレベルシステムなどに分けることができる。

 

ガスレーザにおいて光ファイバレーザ切断機レーザを発生する粒子はガス分子または原子であり、固体レーザにおいて、少量の遷移金属イオンまたは希土類イオンをドープした結晶またはガラスは作動物質であり、ドープイオンは作動粒子であり、外部エネルギーポンプによって粒子数が反転すると誘導放射を発生することができ、結晶とガラスは基質材料である。

 

液体レーザの作動物質の存在形態は液体であり、一般的に色素レーザがあり、その作動物質は色素が溶媒に溶解した組成の溶液であり、色素分子は作動粒子であり、溶媒は基質に相当する。半導体レーザの作動物質は半導体であり、半導体は固体であるが、半導体レーザの粒子数反転の形成メカニズムは通常の固体レーザと本質的に異なるため、一般的には両者を同類には分類しない。

 

ポンプ源は粒子数反転を実現するためにエネルギーを提供する装置である。励起時に利用されるエネルギー形態に応じて、ポンプ方式は放電励起、光励起、熱エネルギー励起、化学エネルギー励起などがある。

 

ガス放電励起はガスレーザによく使われる励起方式であり、その励起メカニズムは高電圧下でガス分子が電離導電し、同時にガス分子(または原子、イオン)と電界によって加速された電子が衝突し、電子エネルギーを吸収した後に高エネルギー級に遷移し、粒子数の反転を形成することである。そのほか、電子銃で発生した高速電子を利用して作動物質をポンプし、高エネルギーレベルに遷移させることを電子ビーム励起と呼ぶことができる。半導体レーザは注入電流によってポンプされ、注入ポンプと呼ばれる。

 

光励起は光照射作動物質を利用し、光ファイバレーザ切断機作動物質は光エネルギーを吸収した後に粒子数反転を発生する。光励起の光源は、高効率、高強度の発光ランプ、太陽光、またはレーザーを使用することができる。固体レーザと液体レーザは、一般的に光励起方式を用いている。

 

熱エネルギー励起は高温加熱の方式で高エネルギー級上のガス粒子数を増加させ、それから突然ガス温度を低下させ、高低エネルギー級の熱緩和時間が異なるため、低エネルギー級の緩和時間が短く、高エネルギー級の緩和時間が長く、それによって高低エネルギー級間の粒子数の反転を実現する。

 

化学エネルギー励起化学反応中に放出された化学エネルギーを用いて粒子を上エネルギーレベルにポンプし、粒子数反転を確立する。化学励起は前述の放電励起、光励起、熱励起とは異なり、動作時には外部エネルギーを使用する必要があるため、特殊な電源不足の場所では、化学レーザはそのファイバレーザ切断機の特長を発揮することができる。

 

光共振器光共振器(単に光共振器)はレーザを発生する外的条件であり、レーザの重要な構成部分である。最も簡単な光学共振器は、活性化媒体の両端に高反射率材料をめっきした2つのミラーを適切に配置した構成である。レーザ光は、光学共振器と密接に区別できない、高いコヒーレンスと高輝度の特徴を有している。

 

光学共振器は正帰還と型選択の二重作用を有する。正帰還とは、初期光強度がミラー間を往復伝播することであり、活性化媒体の長さを増やすことと同等であり、最終的には決定された大きさの光強度が得られることを保証することができる。モード選択とは、キャビティ内の発振ビームの特性を制御し、キャビティ内に確立されたファイバレーザ切断機の発振をキャビティで決定された少数の固有モードに制限することにより、単一モード内の光子数を高め、単色性が良く、方向性が良い強いコヒーレント光を得ることである。

 

レーザーは電磁波であり、レーザーの光学共振器はこの電磁波を空間の限られた範囲内に拘束し、Maxwell電磁場理論によると、一定の空間範囲内には一連の分裂した電磁波の真性状態しか存在できない。これらの真性状態は光学共振器のモードであり、レーザーモードは光キャビティ内で区別できる電磁波の真性状態であり、キャビティの構造によって決定される。

 

以上より、光ファイバレーザ切断機のレーザの基本的には作動物質、ポンプ源、光学共振器の3つの部分から構成され、これら3つはそれぞれ作用し、互いに協力し、レーザ切断機の作動を推進する。