Отпаянные лазеры

Содержание.

 

 

  1. Введение.

 

 

  1. ИЛГН 802

 

 

  1. ROFIN SC серии

 

 

  1. UltraPulse Encore

 

 

  1. «L Designer» С25

 

Введение.

 

Газовые лазеры  представляют собой,  пожалуй, наиболее широко используемый в настоящее время тип лазеров  и, возможно, в этом отношении они  превосходят даже рубиновые лазеры.  Газовым лазерам  также, по-видимому, посвящена большая часть  выполненных исследований. Среди  различных  типов  газовых  лазеров  всегда можно  найти  такой,  который  будет  удовлетворять  почти любому   требованию,  предъявляемому   к лазеру, за  исключением очень большой мощности  в   видимой области спектра в импульсном   режиме. Из всех существующих лазеров (“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”) длительного действия наиболее мощными, продвинутыми в практическом отношении и приспособленными для резки материалов, сварки металлов, термического упрочнения поверхностей деталей и ряда других операций являются электроразрядные СО2-лазеры. Большой интерес к СО2-лазерам объясняется также и тем, что у этого лазера эффективность преобразования электрической энергии в энергию лазерного излучения в сочетании с максимально достижимой мощностью или энергии импульса значительно превосходит аналогичные параметры других типов лазеров. С помощью их излучения производят необычные химические реакции, разделяют изотопы.

Газовые лазеры были созданы почти  одновременно с рубиновыми лазерами, в том же 1960 году. Их рабочее вещество различные газы, заключённые в  стеклянные трубки. Давление газов  в этих трубках очень низкое, в  сотни раз меньше атмосферного. На концах трубки – окошки, через которые луч света выходит наружу. Трубка также помещается между зеркалами. Всё, как в импульсном лазере, только лампы накачки нет. Газы при низком давлении хорошо проводят электрический ток, поэтому их атомы можно возбуждать электрическим разрядом. Ток проводится через электроды, впаянные в стеклянную трубку. Трубка с возбуждённым газом светится, а из её торцов выходят лучи. Цвет лучей зависит от газа заключённого в трубку.

Разреженный газ в лазерной трубке очень мало рассеивает свет. Размеры трубок газовых лазеров можно делать очень большими: лазер длиной 5–10 метров – вещь довольно обычная. Мощность его излучения может достигать тысячи ватт, то есть одного киловатта.

Газоразрядные  СО2 лазеры с диффузионным охлаждением могут быть отпаянные и слабопрокачные.

Принцип диффузионного охлаждения рабочей смеси газового лазера состоит  в отводе тепла, выделяющегося в  процессе лазерной генерации, за счет процесса молекулярной теплопроводности газа к охлаждаемым стенкам трубки или камеры.

В отпаянном С02-лазере основным элементом  конструкции является стеклянная трубка, по торцам которой расположены зеркала  резонатора и блок питания. Трубку заполняют  активной газовой средой и запаивают. Трубка имеет определенный срок службы, после чего должна быть заменена новой.

СО2-лазер с диффузионным охлаждением рабочей смеси (см рис.1) состоит из охлаждаемой водой разрядной трубки 3, внутри которой с помощью системы электродов 1 создается газоразрядная плазма 4. По торцам разрядной   трубки   размещаются   зеркала резонатора: глухое 3 и полупрозрачное 5.


Рис1

 

 

Стабильность усилительных свойств  среды в течение длительного  временя поддерживается слабой прокачкой лазерной смеси или размещением внутри лазера регенерирующего элемента. В диффузионных лазерах используется, как правило, смесь СО2 : N2 : Не в соотношениях, близких к 1 : 1 : 3 или 1:1:6, при полном давлении 2,7 ... 5,3 кПа.

Основным процессом, ограничивающим объемный энерговклад в диффузионных СО2-лазерах, является охлаждение рабочей смеси. Предельную мощность излучения лазера можно оценить с помощью соотношения

                                             , где

L0 — активная длина разрядной трубки

 — коэффициент теплопроводности рабочей смеси

Ттах — максимально допустимый нагрев рабочей смеси (см. п. 2.7)

— температура стенки трубки

— электрооптический кпд.

Как видно из соотношения, удельная мощность излучения лазера, снимаемая с единицы длины газоразрядной трубки (Рл/L0), не зависит от давления рабочей смеси и радиуса трубки. Предельные значения этого параметра составляют Рл/L0 50 ... 100 Вт/м, что достигается использованием рабочей смеси с высоким содержанием гелия (большое ).

Из конструктивных и электротехнических соображений диффузионные лазеры с  большой длиной активной среды целесообразно  изготовлять в виде ряда более  коротких трубок (см рис. 2).

 


                                                                      

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

               Рис 2

 

Последовательное прохождение излучения через эти трубки обеспечивается системой поворотных зеркал, объединяющих их в общий резонатор. Разрыв трубок и связанные с этим потери излучения приводят к дополнительному ограничению общей длины активной среды Lо. В промышленных технологических лазерах Lо, как правило, не превышает 40 м. Поэтому мощность однолучевых СО2-лазеров с диффузионным охлаждением составляет обычно 0,1 ... 1  кВт.

Рост удельной мощности Рл/L0 возможен лишь в том случае, если увеличение объема активной среды не будет сопровождаться падением скорости теплоотвода. Такая ситуация возможна, например, в газоразрядном зазоре щелевой конструкции. Газоразрядные камеры (ГРК) с кольцевой геометрией щели (рис.1, б) также используются в СО2-лазерах технологического    назначения.

С момента создания первого СО2-лазера с диффузионным охлаждением следствие конструктивной простоты эти лазеры выпускаются практически во всех технически развитых странах мира. Отсутствие внутренних источников вибрации, возможности пассивной и активной стабилизации резонатора позволяют обеспечить высокий уровень энергетической, частотной и угловой стабильности выходного излучения лазеров этого типа. Хорошее согласование осевой симметрии активной среды и резонатора позволяет обеспечить надежную селекцию поперечных мод и выделение низшей моды ТЕМ00. Эти особенности ЛДО обусловливают их достоинства с позиции использования для задач лазерной термической технологии.

 

 

 

Достоинства ЛДО:

1. Пучок их излучения легко  трансформируется и фокусируется  в пятно размером 50..100 мкм, что  позволяет получить интенсивность  излучения в пятне свыше 107 Вт/см2.

2. Ось пучка сохраняет стабильное  угловое положение благодаря  ее совпадению с осью симметрии  профиля ненасыщенного коэффициента  усиления активной среды. Это  позволяет контролировать с высокой  точностью местоположение сфокусированного  пучка на обрабатываемом изделии.

3. Малая апертура генерируемого  пучка (10..30мм) позволяет использовать  относительно дешевые оптические  элементы, механические узлы и  приводы.

Технологический лазер с высоким  качеством пучка излучения, генерирующий пучок с гауссовым радиальным распределением интенсивности, соответствующим поперечной моде ТЕМ00, условно называются одномодовым.

Одномодовые ЛДО используются прежде всего при прецизионной лазерной обработке, гравировке, пробивке отверстий (т. к. она ,как правило, меют импульсно-переодический режим генерации), а акже при лазерной сварке и поверхностной термической обработке. Одномодовые ЛДО нашли широкое применение в разнообразных отраслях лазерной медецины.

Кроме того, ряд преимуществ имеют  так называемые отпаянные лазеры.

ЛДО с отпаянным активным элементом наиболее просты и удобны в работе , так как они не требуют подпитки рабочей смеси. Одним из определяющих параметров этих лазеров является долговечность активного элемента. Она зависит прежде всего от съема энергии излучения с единицы длины разрядной трубки, материала электродов, наличия резервного газового объема, исходного состава газов и системы восстановления рабочей смеси в процессе работы. При оптимальном подборе этих параметров в современных отпаянных ЛДО достигнут ресурс 5…10 тыс. часов при энергосъеме     10…20 Вт с 1 м длины разрядной трубки. Лазеры этого типа в нашей стране выпускаются мощностью до 200 Вт.

В отпаянных для регенерации молекул СО2 из СО в газоразрядную камеру помещается катализатор, для чего в газовую смесь помещают небольшое количество воды (~ 1%). Регенерация идет по следующей реакции:

СО* + ОН  СО2* + Н

(СО * и СО2* - колебательно-возбужденные молекулы). Иногда роль катализатора выполняет нагретый до 300 0С никелевый катод. Долговечность этих лазеров  104 часов, Wл = 60 Вт/м.

 

 

 

 

 ИЛГН-802

 

С рабочей смесью Xe:CO2:N2:He=0,25:1:1,5:10 .

Принцип действия излучателя основан  на способности активной среды из смеси газов Xe-CO2-N2-He, возбуждаемой тлеющим разрядом, усиливать проходящее через нее излучение с длиной волны 10,6 мкм.

Основными элементами излучателя являются: разрядные трубки, поворотные узлы, оптический резонатор и несущая  конструкция.

Общий вид излучателя приведен на рис.1.

Основные технические  данные ИЛГН-802.

1. Электрические параметры и характеристики.

Длина волны излучения

10,6 мкм.

Тип излучения

одномодовый ТЕМ00g.

Режим излучения

непрерывный и импульсный с модуляцией добротности резонатора

Частота следования импульсов

фиксированная, в диапазоне 100 50 кГц

Мощность излучения в импульсе

не менее 1,0 кВт

Мощность излучения средняя  в импульсном режиме

не менее 50 Вт

Мощность излучения в непрерывном  режиме

не менее 60 Вт

Расходимость пучка излучения

не более 3 10-3 рад

Мощность, потребляемая излучателем

не более 1200 Вт

Напряжение зажигания

не более 18 кВ

Напряжение модулятора

0 – 30 В


 

2.Конструктивные параметры.

 

Излучатель

в виде отдельного отпаянного прибора

Рабочее положение излучателя

горизонтальное или вертикальное (с направлением выхода излучения  вверх)

Охлаждение

принудительное жидкостное, параметры  излучателя обеспечиваются при расходе  охлаждающей жидкости – не менее 3 л/мин и температуре на входе  – не более 250С

Давление на входе

не более 100 кПа, охлаждающая жидкость в зависимости от условий эксплуатации: вода

Габаритные размеры излучателя

165 178 1360 мм

Масса излучателя

35 кг

Масса излучателя с транспортной тарой

не более 70 кг


 

3. Надежность.

 Наработка на отказ  – не менее 500 ч. 

 Средний ресурс  – не менее 2000 ч.

     Срок сохраняемости в условиях хранения 1 по ГОСТ 15150-69 – не менее 2 лет.

Источник питания  ИПЛ-8 газового излучателя ИЛГН-802

Назначение: ИПЛ-8 предназначен для электропитания постоянным током восьмиэлектродного газового излучателя типа ИЛГН – 802 и обеспечивает:

  • поджиг разрядных промежутков излучателя;
  • автоматический контроль аномального поджига и режима работы излучателя;
  • стабилизацию токов разрядных промежутков и регулировку мощности излучения в широком диапазоне;
  • автоматическое отключение питания излучателя в случае возникновения аномального режима работы или отсутствия охлаждающей воды в излучателе.

Технические характеристики

Блока питания

Номинальный выходной ток, мА

120,0

Выходное напряжение, кВ

6,0

Напряжение поджига, кВ

20,0

Номинальная мощность, кВт

1,0

Диапазон регулирования  тока, мА

5,0÷160,0

Пульсации тока на высокой частоте, не более %

3,0

Вес, не более  кг

4,5

Габариты, мм

145×180×320

Охлаждение  источника питания

Воздушное

Питающая сеть

Однофазная, 220 В, 50 гЦ


Внешнее управление источником питания  обеспечивает:

  • дистанционное включение/выключение излучателя;
  • индикацию фактического тока лазера;
  • регулировку мощности излучения;
  • блокировку по наличию/отсутствию охлаждающей воды;
  • индикацию нормальной работы ИПЛ – 8.

 

 

 

 

 

 

Преимущества данного  лазера:

 

а) простота и надежность конструкции, позволяющие достаточно быстро разобраться  как в принципе работы данной конструкции, так и в конструкторских решениях, что поможет в дальнейшей учебе  и работе: в процессе эксплуатации лазера убедиться в правильности или ошибочности тех или иных конструкторских решений, несовершенстве некоторых узлов лазера, то есть даст возможность учиться на чужих ошибках;

б) одномодовый режим генерации, что дает нам лазерный пучок с хорошими оптическими свойствами (гауссово распределение как в направлении Х, так и в направлении Y, минимальные потери), а также значительно упрощает некоторые расчеты

 

Недостаток данного лазера:

 

Существенным недостатком этого  лазера является полнейшее отсутствие оборудования для контроля лазерного излучения, что не позволяет в любой момент времени получить информацию о качестве и параметрах луча.

 

 

 

 

 

Применение:

Прецизионная размерная обработка дерева, пластических материалов, картона, синтетических тканей,  стекла,  кожи;  хирургия.

 

 
 СО2 лазер компании ROFIN SC серии . 
 
   Компания ROFIN предлагает СО2 лазеры с мощностью от 100 Вт до 10 кВт. Лазеры этой серии имеют различные типы возбуждения газа и охлаждения.

Отпаянные лазеры SC серии не требуют никакого обслуживания. Срок службы излучателя без перезаправки до 15000 часов. Лазеры SC-серии имеют мощность 100, 200, 300 и 600 Вт.

 
      SC серия  
 Компания ROFIN предлагает новую линейку продукции, основанную на использовании так называемой СЛЭБ-технологии. Данная технология базируется на использовании отпаянного резонатора с диффузионным охлаждением рабочего газа.

 

                                                     Принцип работы: 
 
Оптический резонатор сформирован двумя зеркалами и двумя параллельными электродами с водяным охлаждением. Возбуждение осуществляется Вч разрядом. Тепло отводится от рабочего тела благодаря контакту возбуждаемого газа с охлаждаемыми электродами (диффузионное охлаждение). Резонатор полностью отпаян. Ожидаемое время наработки рабочей смеси – 20000 часов. 

 

Технические характеристики

Модель

ROFIN SCx10

ROFIN SCx20

ROFIN SCx30

ROFIN SCx60

Тип возбуждения      

ВЧ

ВЧ

ВЧ

ВЧ

Выходная мощность, Вт

100

200

300

600

Диапазон регулировки мощности, Вт

5 - 100

5 - 100

10 - 300

8 - 600

Качество пучка (М 2)

< 1.1

< 1.1

< 1.1

< 1.1

Диапазон изменения частоты, кГц

0 - 100

0 - 100

0 - 100

0 - 100


 


Составные части устройства:

  1. Лазерный луч 

  2. Блок формирования луча 

  3. Выходное зеркало 

  4. Охлаждающая вода 

  5. ВЧ возбуждение

  6. Глухое зеркало 

  7. ВЧ разряд 

  8. Электроды, образующие волновод.

 

 

 

 

 

Применение SC лазеров:

-   резка металлов и неметаллов (бумаги, стекла, пластика),

-   используются в установке систем создания 3-х мерных моделей прототипирования (аналог - лазерная стериолитография),

-   для маркировки. 
 
Благодаря своей компактности и простоте конструкции лазеры SC-серии пригодны для встраивания в большинство действующих систем обработки материалов.

 

UltraPulse Encore - компактная  СО2-лазерная система для прецизионной абляции, вапоризации, резки и коагуляции мягких тканей.

  • Новая улучшенная система, на 60% уменьшены габаритные и весовые параметры
  • Поставляется в двух видах - для больших операционных и в "офисной конфигурации"
  • Две независимые регулировки для достижения необходимого эффекта на ткани (энергия в импульсе) и скорости работы (частота повторения импульсов)
  • Вапоризация больших площадей на заданную глубину как результат уменьшение поражения "здоровых тканей" и высокая точность воздействия
  • Контроль глубины обработки ткани с точностью до 0,1 мм и независимый контроль скорости резки
  • Удобный интерфейс пользователя делает систему легкой в обучении и удобной в работе

Технические данные UltraPulse® Encore™

Тип лазера

Газ СО2-отпаянный, высокочастотное возбуждение (RF), без резервуара

Длина волны 

10,6 мкм (микрон)  

Мощность: 
  Непрерывный режим (CW) 
  Режимы UltraPulse

 
От 0,05 до 60 Вт  
От 1 до 60 Вт

Длительность импульса

< 2 миллисекунд 

Энергия в импульсе

От 2 до 225 мДж (выбирается пользователем)

Частота повторения импульса

1 - 1000 импульсов в секунду (выбирается  пользователем) 

Луч подсветки 

635 нм, 5 мВт, регулируемая интенсивность,  режимы Вкл/Выкл во время лазирования,  режим блика Вкл/Выкл 

Система доставки луча

Шарнирный манипулятор DuraLite®, поворот на 360°, длина 1,5 м (5') или 1,8 м (6')

Управление 

Сенсорный экран, педаль

Время экспозиции

0,001-1,0 сек 

Повторная экспозиция

Интервал от 0,01 до 5,0 сек 

Установка параметров в памяти

Всего 13, из них 9 определяются пользователем

Охлаждение 

Замкнутый цикл

Электрические параметры 

230 В, 16 А, одна фаза 

Габариты 

"Офисная" модель: 34 см (Ш) х  51 см (Г) х 158 см (В) 

OR-модель (для больших оперблоков)

34 см (Ш) х 51 см (Г) х 195 см (В) 

Масса

"Офисная" модель: 123 кг (270 Ibs) 
OR-модель (для больших оперблоков): 128 кг (280 Ibs)


                    

 

Области применения:

  • Гинекология
  • Оториноларингология
  • Дерматология
  • Нейрохирургия
  • Педиатрия
  • Пластическая хирургия
  • Общая хирургия и др.

Преимущества:

  • Прочный металлический корпус делает систему устойчивой к механическим ударам и вибрациям
  • Более сотни различных аксессуаров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

«L Designer» С25

 

Лазерный гравер «L Designer» С25 создан на основе СО2 лазера с отпаянной трубкой и предназначен для декоративной гравировки, маркировки и резки изделий из органических материалов: дерева, бумаги, картона, пластика, акрила, стекла, кожи и некоторых других.  
 
  
По сравнению с газовыми лазерами планшетного типа открытое исполнение лазерного гравера «L Designer» С25 дает следующие преимущества:

 

Высокая скорость маркировки благодаря  комбинации управления сканаторами  и координатным столом

Возможность гравировки неплоских и габаритных предметов за счет большого фокусного расстояния объектива

Отсутствие проблем с загрязнением оптики продуктами горения во время  гравировки

Возможность встраивания в производственные линии, в том числе для маркировки "на лету"

Удобное в использовании программное  обеспечение «L Designer»® с широкими возможностями

Удобство обслуживания и ремонтопригодность


 
   
Некоторые области применения лазерного гравера «L Designer» С25:

 

лазерная гравировка сувенирной продукции;

изготовление номерков, табличек, шильдов и бэджей;

изготовление плакет, подарочных дипломов и наградных призов;

маркировка этикеток и упаковки;

гравировка пуговиц, нанесение  надписей и рисунка на одежду (джинсы, кожа);

изготовление печатей и штампов;

изготовление фальш-панелей приборов.


 

 

 

Технические характеристики:

 

Лазерный излучатель

Тип

CO2 (с отпаянной трубкой)

Длина волны излучения

10,6 мкм

Мощность излучения

25 Вт

Ресурс работы

не менее 45.000 часов

Пилот

650 нм

Блок сканаторов

Поле обработки

круг 130 мм (90 х 90 мм)

Максимальная скорость перемещения  луча

2,5 м/с

Координатный стол

Величина перемещения X

350 мм

Величина перемещения Y

250 мм

Рабочая скорость перемещения

до 10 мм/с

Максимальная скорость перемещения

до 50 мм/с

Дискретность позиционирования

12,5 мкм

Программный пакет "L Designer"

Графический редактор подготовки файлов

  

Модуль управления маркером

  

Согласованное управление двухкоординатным столом

  

Программная коррекция поля маркировки

  

ОС - Windows 98, 2000, Me, XP

  

Общие характеристики

Электропитание

220 В, 50 Гц

Потребляемая мощность

700 Вт

Охлаждение

автоном. водяное / воздушное


 

 

Литература.

 

1. «Технологические лазеры» под ред. Абельситова, т.2

 

  2. Техническое описание «Отпаянный СО2-излучатель ИЛГН-802»

 

3. А. Блум. Газовые лазеры

 

4. Интернет сайт медицинской  техники http://www.elite-med.ru/cat/esc/co2.htm

 

5. Интернет сайт www.laserapr.ru

 

6. Интернет сайт www.solto.ru

 

7. Интернет сайт www.istok-mw.ru и др.

 

 

 

 


Отпаянные лазеры 📙 Реферат → 🆔 188923

Отпаянные лазеры 📙 Реферат → 🆔 188923

Отпаянные лазеры