في عالم المعالجة الصناعية عالي السرعة، فإن عبارة “الوقت هو المال” هي عبارة حرفية. غالبًا ما يسعى المصنعون إلى تحديث وحدة ليزر ديود إلى قوة كهربائية أعلى لزيادة سرعة الإنتاج.

ومع ذلك، قبل أن تسأل لماذا لا يقطع الليزر بقوة 100 واط أسرع بمرتين من الليزر بقوة 50 واط، لذا يجب أن نسأل: هل تصل الطاقة بالفعل إلى الهدف بكثافة قابلة للاستخدام؟ إذا كان الحزم ضعيف التوصيل أو ذو ملف تعريف سطوع منخفض، فإن “الطاقة الزائدة” تضيع ببساطة على شكل حرارة. وهنا يأتي دور ديود ليزر مقترن بالألياف يصبح العامل الحاسم في عائد الاستثمار.

1. تعريف “السطوع” في وحدة ليزر الألياف

لأجل fiber وحدة الليزر, ، فإن القوة ليست سوى نصف المعادلة. النصف الآخر هو قطر قلب الألياف.

صيغة السطوع:

$$B \approx \frac{P}{(d \cdot NA)^2}$$

(حيث $P$ هي الطاقة، و$d$ هو قطر قلب الألياف، و$NA$ هو الفتحة العددية.)

إذا أخذت ليزر مقترن بالألياف ونقلها من ألياف $200mu m$ إلى ألياف $105mu m$ مع الحفاظ على الطاقة ثابتة، فإنك تكون قد ضاعفت السطوع أربع مرات. وهذا يسمح باختراق أعمق في اللحام وحواف أنظف في القطع الدقيق دون زيادة استهلاك الكهرباء.

2. المزايا الهيكلية للبنية المقترنة بالألياف

دمج ديود ليزر مقترن بالألياف في آلة يوفر ثلاث مزايا ميكانيكية مميزة مقارنة بالآلة القياسية ليزر ديود وحدة لا يمكن المطابقة:

ألف - تجانس الحزمة

داخل الألياف، يخضع الضوء لآلاف الانعكاسات الداخلية. تعمل هذه العملية كمُدمج مكاني، حيث تعمل على تنعيم “النقاط الساخنة” الموجودة في رقائق أشباه الموصلات. والنتيجة هي وحدة ليزر الليفي إنتاج متجانس تمامًا، مما يمنع “التفحم” في المواد الحساسة مثل البوليمرات أو الرقائق الرقيقة.

ب. قابلية التوسع عبر تعدد الإرسال

واحدة من أقوى ميزات ليزر مقترن بالألياف هي القدرة على دمج عدة بواعث في مخرج واحد. تستخدم الوحدات عالية الطاقة “مجمعات الحزم” لدمج عدة صمامات ثنائية بقدرة 10 وات أو 20 وات في ألياف واحدة عالية السطوع، لتصل إلى مئات الواط بواسطة واجهة واحدة للتوصيل والتشغيل.

جيم - قابلية الإصلاح

إذا كان خامًا وحدة ليزر ديود تتلف الوجه بسبب الانعكاس الخلفي، وعادة ما يتم التخلص من الوحدة بأكملها. في نظام الألياف، تعمل الألياف كعازل. في كثير من الأحيان، لا يحتاج سوى سلك الألياف “القابل للتضحية” إلى الاستبدال، مما يحمي مصارف الصمامات الثنائية الداخلية باهظة الثمن من التلف.

3. كثافة الطاقة العالية مقابل الطاقة الإجمالية: هل هذا صحيح؟

يعتقد العديد من المشترين أن 500 واط وحدة ليزر ديود دائمًا أفضل من 200 واط ديود ليزر مقترن بالألياف. هل هذا صحيح بالفعل؟ في الواقع، يمكن في كثير من الأحيان تركيز الوحدة المقترنة بالألياف البصرية بقدرة 200 واط على بقعة أصغر بكثير ($<100\mu m$). والنتيجة هي كثافة الطاقة (واط لكل $cm^2$) للوحدة 200 واط قد يكون في الواقع أعلى من وحدة الصمام الثنائي المباشر 500 واط، مما يسمح لها بقطع المعدن الذي تذوبه وحدة 500 واط ببساطة.

4. دراسة حالة: اللحام الدقيق للاتصالات 5G

سياق الصناعة: تجميع إلكترونيات عالية التردد.

السيناريو: كان أحد مصنعي مكونات محطات القاعدة 5G يستخدم الأشعة تحت الحمراء التقليدية ديود وحدات الليزر للحام الآلي للموصلات المطلية بالذهب. كانوا يشهدون معدلًا مرتفعًا من “الوصلات الباردة” لأن الذهب كان يعكس الكثير من طاقة الأشعة تحت الحمراء، وكان التسخين غير متساوٍ عبر الموصل متعدد المسامير.

التحقيق “اسأل إذا كان الأمر كذلك”:

سألنا: هل المشكلة تكمن في طول موجة الليزر أم أن هندسة الشعاع هي التي تسبب التوزيع الحراري غير المتساوي؟

أظهر التصوير الحراري أن الشعاع الإهليلجي للديود القياسي كان يسخن المسامير المركزية إلى $280^{\circ}C$ بينما بقيت المسامير الزاوية عند $190^{\circ}C$.

الحل:

قمنا بتنفيذ نظام ليزر مقترن بالألياف بطول موجي 450 نانومتر (أزرق) ووحدة تجانس “Top-Hat”.

1. الامتصاص: تم امتصاص الطول الموجي الأزرق بواسطة الموصلات الذهبية 600% بشكل أفضل من الليزر IR السابق.
2. التوحيد: ال وحدة ليزر الليفي قدمت بقعة دائرية مثالية غطت جميع الدبابيس في وقت واحد وبكثافة متساوية.
3. التحكم في التغذية الراجعة: قمنا بدمج مقياس حرارة يعمل في الوقت الفعلي ينظر عبر الألياف لرصد درجة حرارة حوض اللحام.

النتيجة:

• الإنتاجية: زيادة بمقدار 40% بسبب سرعة الامتصاص.
• العائد: انخفضت حالات الفشل في الفحص بعد التجميع من 4% إلى 0.1%.
• توفير الطاقة: احتاج النظام إلى طاقة ضوئية تبلغ 30 واط فقط مقارنة بنظام الأشعة تحت الحمراء الذي كان يستخدم سابقًا والذي كان يحتاج إلى 150 واط.

5. الصيانة: منع تلف الانعكاس الخلفي

عند استخدام ليزر مقترن بالألياف على المواد العاكسة (مثل النحاس أو النحاس الأصفر أو الذهب)، فإن “الانعكاس الخلفي” هو أكبر عدو لك. يمكن للضوء أن يرتد إلى الألياف ويصطدم بوجه الصمام الثنائي، مما يتسبب في عطل فوري.

بروتوكولات الحماية المهنية:

• عازلات بصرية: للطبقة الراقية وحدات ليزر الألياف, ، تأكد دائمًا من وجود عازل داخلي.
• أجهزة إزالة الطلاء الكهربائي (CPS): تقوم هذه المكونات بإزالة “الضوء الشارد” الذي تسرب إلى غلاف الألياف قبل أن يصل إلى حزمة الصمام الثنائي الحساسة.
• تلميع الزوايا (APC): يساعد استخدام زاوية 8 درجات على موصل الألياف (FC/APC) على تحويل الضوء المنعكس بعيدًا عن المسار البصري.

6. الأسواق الناشئة للثنائيات المقترنة بالألياف في عام 2026

نحن نشهد طفرة في استخدام ديود ليزر مقترن بالألياف التكنولوجيا في قطاع الطاقة المتجددة. على وجه التحديد، لإزالة العازل عن محركات دبوس الشعر في السيارات الكهربائية باستخدام الليزر. دقة وحدة ليزر الليفي يسمح بإزالة الطلاءات البوليمرية الصلبة دون الإضرار بالنحاس الموجود تحتها، وهي مهمة تتطلب تناسقًا تامًا في الشعاع لا يمكن أن توفره سوى الألياف.

7- التوصية النهائية

إذا كانت عمليتك تتطلب الاتساق أو التسليم عن بُعد أو كثافة طاقة عالية، فإن ليزر مقترن بالألياف هو الخيار المنطقي الوحيد. على الرغم من أن هذه التقنية تتطلب مستوى أعلى من الإعداد البصري الأولي، إلا أن الفوائد طويلة الأجل في جودة الشعاع ووقت تشغيل الماكينة تفوق بكثير تكلفة الدخول.