В современных условиях промышленности спрос на точную доставку лучей перенес внимание на волоконно-связанный лазерный диод. Стандартные диодные источники обеспечивают высокую эффективность, а интеграция оптических волокон превращает простой источник света в универсальный инструмент, способный ориентироваться в сложных механических средах.

Однако, прежде чем спросить почему a волоконный лазерный модуль дороже стандартного диода, мы должны сначала задать фундаментальный инженерный вопрос: Для данного применения лучше подходит гибкость оптоволокна, или потери мощности, присущие соединению, перевешивают преимущества?

1. Инженерная логика соединения волокон

A волоконно-связанный лазер — это не просто диод с “хвостом”. Он представляет собой сдвиг в способе управления светом. В стандартном диод лазерный модуль, свет выходит из грани и формируется локальными линзами. В системе с волоконной связью свет фокусируется в кварцевом сердечнике, обычно в диапазоне от $105\mu m$ до $400\mu m$.

Почему мы передаем свет по оптоволокну?

1. Пространственная гомогенизация: Многократные отражения внутри волокна действуют как “смеситель”, преобразуя неровный эллиптический луч диода в идеально круглый, однородный профиль Top-Hat.
2. Удаленная доставка: Вы можете сохранить тепловыделяющую электронику и диодный лазерный модуль в охлаждаемом шкафу, защищенном от вибрации, при этом свет поставляется по оптоволоконному кабелю к роботизированной руке, расположенной на расстоянии нескольких метров.
3. Объединение лучей: Объединяя несколько излучателей в один пучок волокон, мы можем достичь уровня мощности в киловаттах, который невозможно достичь с помощью одного чипа.

2. Диодный лазерный модуль и волоконный лазерный модуль: стратегическое сравнение

Примечание эксперта: Для высокоточной обработки материалов используется профиль интенсивности “Top-Hat” волоконно-связанный лазерный диод предотвращает периферийное выгорание, часто наблюдаемое при использовании “гауссовых” лучей прямых диодов.

3. Проблема “эффективности соединения”

При оценке волоконно-связанного лазера наиболее важным показателем является эффективность связи.

Правда ли, что все волокна совместимы со всеми диодами? Абсолютно нет.

• NA (числовая апертура): Если NA волокна ниже, чем расхождение диода, свет будет “просачиваться” в оболочку, вызывая перегрев и выход из строя соединителя волокна.
• Диаметр сердечника: Соответствие ширины эмиттера диода сердцевине волокна является тонким балансом сохранения яркости.

4. Пример из реальной практики: автоматическая сварка медных шин

Профиль клиента: Производитель аккумуляторных батарей для электромобилей (EV) в Юго-Восточной Азии.

The Problem: The client was using high-power 445nm Blue diode лазерные модули for welding copper busbars. While the absorption was good, the rigid mounting of the lasers on the CNC machine meant that vibration from the gantry was constantly de-aligning the optics, leading to inconsistent weld depths.

Расследование “Спроси, так ли это”:

Мы спросили: недостаточна ли мощность лазера или система доставки луча не может сохранять фокус во время движения?

Наша проверка показала, что механическая вибрация смещала фокус всего на $200\mu m$, но при сварке меди этого достаточно, чтобы вызвать “холодную сварку” или “прогорание”.”

Решение:

We replaced the direct-drive heads with a 200W fiber coupled laser diode system.

1. Развязка: Тяжелый волоконный лазерный модуль и источник питания были перенесены на стационарную стойку.
2. Легкая рабочая головка: На манипуляторе робота был установлен легкий гальвосканер с оптоволоконным питанием.
3. Стабильность: Поскольку волокно действует как пространственный фильтр, профиль луча оставался неизменным независимо от того, насколько сильно вибрировала или двигалась рука робота.

Результат:

• Постоянство сварного шва: 99,81 % проходной балл TP3T (по сравнению с 821 TP3T).
• Время цикла: Уменьшено на 15%, поскольку более легкая рабочая головка могла двигаться быстрее.
• Техническое обслуживание: “Время простоя” для оптического выравнивания было полностью устранено.

5. Управление тепловым режимом в волоконных системах

Одной из распространенных ошибок при использовании волоконно-связанного лазера является пренебрежение разъемом. Если через волокно проходит 100 Вт, а эффективность связи составляет 90%, то куда деваются остальные 10 Вт?

Он вставляется в корпус разъема.

Для любого волоконного лазерного модуля мощностью выше 30 Вт мы рекомендуем использовать соединители с водяным охлаждением (например, SMA905 высокой мощности), чтобы предотвратить эффект “тепловой линзы”, при котором тепло деформирует стекло и смещает фокус.

6. Перспективы на будущее: соединение синего и зеленого волокон

По состоянию на конец 2025 года отрасль переходит на более короткие длины волн. Хотя 915 нм и 976 нм по-прежнему остаются основными длинами волн для накачки, синий цвет (450 нм) волоконно-связанный лазерный диод устройства становятся незаменимыми для полупроводниковой промышленности. Эти модули позволяют осуществлять высокоточную обработку золота и меди со скоростью поглощения, в 10 раз превышающей скорость традиционных ИК-лазеров.

7. Заключение

A волоконно-связанный лазер обеспечивает максимальную гибкость и качество луча, но требует более глубокого понимания оптического согласования и теплоотвода на уровне разъема. Если ваше приложение связано с робототехникой, суровыми условиями эксплуатации или необходимостью получения идеально круглого пятна, то волоконный лазерный модуль является золотым стандартом.