Từ những ứng dụng trong công nghiệp nặng như cắt laser, hàn laser đến những ứng dụng tinh vi trong y học như phẫu thuật laser,… laser sợi quang đang ngày càng khẳng định vai trò quan trọng của mình. Sự ra đời của laser sợi quang không chỉ là một bước tiến vượt bậc trong công nghệ laser mà còn là tiền đề cho những đột phá trong tương lai.
Trong bài viết này, VNTECH sẽ chia sẻ tới các bạn laser sợi quang là gì? So sánh laser sợi quang với các loại laser khác và cách hoạt động của laser sợi quang.
Nội dung bài viết
Laser sợi quang là gì?
Laser sợi quang (Fiber Laser) là một loại laser trong đó môi trường khuếch đại là sợi quang. Sợi quang là một loại sợi thủy tinh đặc biệt có khả năng dẫn ánh sáng đi xa mà ít bị suy hao. Laser sợi quang đã và đang mang lại cuộc cách mạng trong nhiều lĩnh vực nhờ những ưu điểm vượt trội so với các loại laser truyền thống.
Đặc điểm nổi bật của laser sợi quang:
– Hiệu suất cao: Laser sợi quang có hiệu suất chuyển đổi năng lượng rất cao, có thể đạt tới 30-40%.
=> Giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành.
– Chất lượng chùm tia tốt: Chùm tia laser sợi quang có độ tập trung cao, phân bố năng lượng đồng đều.
=> Giúp tạo ra các sản phẩm có độ chính xác và chất lượng cao.
– Độ bền cao: Laser sợi quang có tuổi thọ cao, ít bị hỏng hóc và ít cần bảo trì.
=> Giúp giảm chi phí bảo trì và thời gian ngừng hoạt động.
– Kích thước nhỏ gọn: Laser sợi quang có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp vào các hệ thống máy móc khác.
So sánh laser fiber với các loại laser khác
So với laser CO2 và laser YAG, laser sợi quang có nhiều ưu điểm vượt trội. Laser sợi quang kết hợp ưu điểm của cả 2 loại laser này: hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn, chất lượng chùm tia tốt và độ bền cao.
| Đặc điểm | Laser Fiber | Laser CO2 | Laser YAG |
| Bước sóng | Ngắn (1064nm) | Dài (10600nm) | Ngắn (1064nm) |
| Hiệu suất | Cao | Trung bình | Thấp |
| Chất lượng chùm tia | Tuyệt vời | Tốt | Tốt |
| Độ bền | Rất cao | Trung bình | Cao |
| Kích thước | Nhỏ gọn | Lớn | Trung bình |
| Bảo trì | Ít | Nhiều | Ít |
| Giá thành | Cao | Trung bình | Cao |
| Ứng dụng chính | Cắt, hàn, khắc kim loại, y tế, viễn thông | Cắt vật liệu phi kim loại, gia công gỗ, nhựa |
Cắt, hàn kim loại, y tế
|
Để bạn dễ hình dung hơn, VNTECH giải thích rõ hơn về các đặc điểm trên:
1/ Về bước sóng
– Laser Fiber: Ánh sáng có bước sóng 1064nm (nanomet).
– Laser CO2: Ánh sáng có bước sóng 10600nm.
– Laser YAG: Ánh sáng có bước sóng 1064nm.
=> Bước sóng của laser fiber và laser YAG tương đồng, ngắn hơn nhiều so với laser CO2. Bước sóng ngắn giúp laser fiber cắt và khắc các vật liệu kim loại hiệu quả hơn.
=> Laser CO2 với bước sóng dài phù hợp để cắt vật liệu phi kim loại như: gỗ, nhựa.
2/ Về hiệu suất
– Laser Fiber: Hiệu suất cao nhất, có thể đạt 20-30%.
– Laser CO2: Hiệu suất trung bình, khoảng 10-20%.
– Laser YAG: Hiệu suất thấp, chỉ 1-5%.
=> Laser fiber có thể đạt hiệu suất 20 – 30% giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành.
3/ Chất lượng chùm tia
– Laser Fiber: Chất lượng chùm tia tuyệt vời, tập trung cao.
– Laser CO2: Chất lượng chùm tia tốt.
– Laser YAG: Chất lượng chùm tia tốt.
=> Chất lượng chùm tia giống như độ sắc nét của hình ảnh. Laser fiber có đường cắt chính xác cực cao, đường cắt mịn và đẹp.
4/ Về độ bền
– Laser Fiber: Độ bền rất cao, ít hỏng hóc.
– Laser CO2: Độ bền trung bình.
– Laser YAG: Độ bền cao.
=> Laser fiber ít gặp sự cố và ít cần bảo trì, giúp bạn tiết kiệm thời gian và chi phí sửa chữa.
5/ Về giá thành
– Laser Fiber: Giá thành cao.
– Laser CO2: Giá thành trung bình.
– Laser YAG: Giá thành cao.
=> Chi phí đầu tư ban đầu của laser fiber có thể cao, nhưng nhờ hiệu suất cao, ít cần bảo trì nên về lâu dài laser fiber sẽ tiết kiệm chi phí hơn so với các loại laser khác.
Cấu tạo của laser sợi quang
Laser sợi quang có cấu tạo khá phức tạp, nhưng về cơ bản, nó bao gồm các thành phần chính sau:
1/ Nguồn laser mồi (diode laser)
– Diode laser thường là loại laser bán dẫn, có kích thước nhỏ gọn và hiệu suất cao.
– Ánh sáng từ diode laser có bước sóng và công suất phù hợp để kích thích các ion đất hiếm trong sợi quang.
2/ Sợi quang: Đây là một loại sợi thủy tinh đặc biệt, có khả năng dẫn ánh sáng đi xa mà ít bị suy hao.
– Sợi quang bao gồm hai phần chính: lõi và lớp vỏ bọc.
– Lõi sợi quang được làm từ thủy tinh đặc biệt, có chứa các ion đất hiếm (ví dụ: Ytterbium).
– Lớp vỏ bọc có chiết suất thấp hơn lõi, giúp ánh sáng bị phản xạ toàn phần bên trong lõi và không bị thoát ra ngoài.
3/ Môi trường khuếch đại
– Trong laser sợi quang, môi trường khuếch đại là các ion đất hiếm được pha vào lõi sợi quang.
– Các ion đất hiếm này có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng từ diode laser và phát ra photon ánh sáng khi trở về trạng thái cơ bản.
4/ Bộ cộng hưởng quang
– Bộ cộng hưởng quang tạo ra sự phản hồi ánh sáng để quá trình khuếch đại diễn ra liên tục.
– Bộ cộng hưởng quang thường bao gồm hai gương phản xạ được đặt ở hai đầu sợi quang.
– Một gương phản xạ toàn phần, gương còn lại phản xạ một phần.
– Ánh sáng được khuếch đại trong sợi quang sẽ phản xạ qua lại giữa hai gương, tạo thành một vòng lặp.
Ngoài các thành phần chính trên, laser sợi quang còn có thể có thêm các thành phần khác như:
– Bộ điều khiển công suất: Điều chỉnh công suất laser đầu ra.
– Bộ lọc: Loại bỏ các bước sóng không mong muốn.
– Hệ thống làm mát: Giúp laser hoạt động ổn định.
Laser sợi quang hoạt động như nào?
Laser sợi quang hoạt động dựa trên nguyên lý phát xạ cưỡng bức ánh sáng trong môi trường sợi quang, kết hợp với việc sử dụng các ion đất hiếm để khuếch đại ánh sáng. Dưới đây là mô tả chi tiết về quá trình hoạt động của laser sợi quang:
– Ánh sáng mồi: Diode laser phát ra ánh sáng kích thích các ion đất hiếm trong lõi sợi quang.
– Kích thích và phát xạ: Ion đất hiếm hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển sang trạng thái kích thích.
+ Sau đó phát ra photon ánh sáng khi trở về trạng thái cơ bản.
– Khuếch đại: Photon ánh sáng kích thích các ion khác phát ra photon, tạo thành quá trình khuếch đại ánh sáng dọc theo sợi quang.
– Phản hồi: Gương phản xạ ở 2 đầu sợi quang tạo ra sự phản hồi ánh sáng, giúp quá trình khuếch đại diễn ra liên tục.
– Chùm tia laser: Một phần ánh sáng được khuếch đại thoát ra ngoài qua một trong 2 gương, tạo thành chùm tia laser đầu ra.
Có những loại laser sợi quang nào?
Có rất nhiều loại laser sợi quang khác nhau và chúng thường được phân loại dựa trên các tiêu chí sau:
1/ Theo chế độ hoạt động
– Laser sợi quang liên tục (CW): Phát ra ánh sáng liên tục, không bị gián đoạn.
+ Loại laser này thường được sử dụng trong các ứng dụng cần năng lượng laser ổn định như: hàn, cắt.
– Laser sợi quang xung (Pulsed): Phát ra ánh sáng theo xung, nghĩa là tia laser được tạo ra dưới dạng các xung ngắn, cách nhau một khoảng thời gian.
+ Laser xung được sử dụng trong các ứng dụng như: khắc, đánh dấu và phẫu thuật laser.
– Laser sợi quang Q-switched: Tạo ra xung ánh sáng ngắn và năng lượng cao.
+ Loại laser này được sử dụng trong các ứng dụng như khắc laser tốc độ cao và phá hủy các vật liệu.
2/ Theo loại ion đất hiếm
– Laser sợi quang Ytterbium (Yb): Sử dụng ion Ytterbium làm môi trường khuếch đại, phát ra ánh sáng có bước sóng khoảng 1070-1080 nm.
+ Loại laser này phổ biến nhất do hiệu suất cao và khả năng ứng dụng rộng rãi.
– Laser sợi quang Erbium (Er): Sử dụng ion Erbium, phát ra ánh sáng có bước sóng khoảng 1550 nm.
+ Được sử dụng trong viễn thông do bước sóng này phù hợp với việc truyền dẫn tín hiệu quang qua sợi quang.
– Laser sợi quang Thulium (Tm): Sử dụng ion Thulium, phát ra ánh sáng có bước sóng khoảng 2000 nm.
+ Được ứng dụng trong y tế và một số lĩnh vực nghiên cứu.
Ứng dụng của laser sợi quang
Laser sợi quang có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau:
– Ứng dụng trong công nghiệp: Cắt, khắc, hàn kim loại, gia công vật liệu.
+ Laser sợi quang được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp để cắt kim loại tấm, ống, thép hình, khắc laser trên kim loại, gỗ, nhựa,…
– Ứng dụng trong y tế: Phẫu thuật, điều trị bệnh lý.
+ Laser sợi quang được sử dụng trong phẫu thuật mắt, phẫu thuật da liễu, điều trị các bệnh lý về mạch máu,…
– Ứng dụng trong viễn thông: Truyền dẫn tín hiệu quang.
+ Laser sợi quang được sử dụng trong hệ thống truyền dẫn cáp quang để truyền tải dữ liệu với tốc độ cao.
– Ứng dụng trong nghiên cứu khoa học: Đo lường, phân tích.
+ Laser sợi quang được sử dụng trong các nghiên cứu khoa học về vật lý, hóa học, sinh học,…
Yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của laser fiber
Hoạt động của laser sợi quang bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau. Dưới đây là một số yếu tố quan trọng nhất:
1/ Đặc tính của sợi quang
– Loại sợi quang: Sợi quang đơn mode (SMF) hay đa mode (MMF) sẽ ảnh hưởng đến chất lượng chùm tia và khả năng truyền dẫn ánh sáng.
– Độ dài sợi quang: Chiều dài sợi quang ảnh hưởng đến độ khuếch đại ánh sáng và công suất laser đầu ra.
=> Sợi quang quá dài có thể gây suy hao ánh sáng.
– Đường kính lõi sợi quang: Đường kính lõi sợi quang ảnh hưởng đến độ tập trung của chùm tia laser.
=> Lõi nhỏ cho chùm tia tập trung hơn, phù hợp cho khắc và cắt chi tiết.
– Hàm lượng ion đất hiếm: Nồng độ và loại ion đất hiếm trong lõi sợi quang ảnh hưởng đến khả năng khuếch đại ánh sáng.
2/ Nguồn laser mồi
– Công suất laser mồi: Công suất của laser mồi ảnh hưởng trực tiếp đến công suất laser đầu ra.
=> Công suất mồi cao hơn sẽ tạo ra công suất đầu ra cao hơn.
– Bước sóng laser mồi: Bước sóng của laser mồi phải phù hợp với bước sóng hấp thụ của ion đất hiếm trong sợi quang.
– Chất lượng chùm tia laser mồi: Chất lượng chùm tia laser mồi ảnh hưởng đến hiệu quả kích thích các ion đất hiếm.
3/ Bộ cộng hưởng quang
– Độ phản xạ của gương: Độ phản xạ của gương trong bộ cộng hưởng ảnh hưởng đến lượng ánh sáng phản hồi và độ khuếch đại.
=> Gương có độ phản xạ cao giúp tăng cường độ khuếch đại.
– Độ chính xác của căn chỉnh: Gương phải được căn chỉnh chính xác để đảm bảo ánh sáng phản xạ đúng hướng và tạo ra chùm tia laser chất lượng cao.
4/ Môi trường
– Nhiệt độ: Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến hiệu suất và độ ổn định của laser sợi quang.
=> Nhiệt độ quá cao có thể gây suy hao ánh sáng và làm hỏng các thành phần.
– Độ ẩm: Độ ẩm cao có thể gây oxy hóa và ăn mòn các thành phần quang học.
– Bụi bẩn: Bụi bẩn có thể bám vào các thành phần quang học, làm giảm chất lượng chùm tia và hiệu suất laser.
Bảo trì và bảo dưỡng laser sợi quang
Việc bảo trì và bảo dưỡng laser sợi quang đúng cách là rất quan trọng để đảm bảo laser hoạt động ổn định, hiệu quả và kéo dài tuổi thọ. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết về quy trình bảo trì và bảo dưỡng laser sợi quang:
Vệ sinh các thành phần quang học
– Mục đích: Loại bỏ bụi bẩn, dầu mỡ và các chất ô nhiễm khác bám vào các thành phần quang học như thấu kính, gương, sợi quang.
– Tần suất: Vệ sinh định kỳ, tùy thuộc vào môi trường làm việc và tần suất sử dụng laser.
– Dụng cụ:
+ Khăn lau chuyên dụng cho quang học, mềm mại và không xơ.
+ Dung dịch vệ sinh quang học chuyên dụng.
+ Tăm bông hoặc que lau nhỏ.
+ Găng tay sạch.
– Quy trình:
+ Đeo găng tay sạch để tránh làm bẩn các thành phần quang học.
+ Sử dụng khăn lau và dung dịch vệ sinh để lau nhẹ nhàng các bề mặt quang học.
+ Đối với các khu vực khó tiếp cận, sử dụng tăm bông hoặc que lau.
+ Đảm bảo các thành phần quang học hoàn toàn khô ráo trước khi lắp ráp lại.
Kiểm tra và thay thế diode laser
– Mục đích: Đảm bảo diode laser hoạt động tốt và cung cấp đủ năng lượng cho laser sợi quang.
– Tần suất: Kiểm tra định kỳ, tùy thuộc vào tuổi thọ của diode laser và tần suất sử dụng.
– Dụng cụ: Thiết bị đo công suất laser.
– Quy trình:
+ Sử dụng thiết bị đo công suất để kiểm tra công suất laser đầu ra.
+ So sánh công suất đo được với thông số kỹ thuật của nhà sản xuất.
+ Nếu công suất giảm đáng kể, cần thay thế diode laser mới.
Kiểm tra và bảo dưỡng hệ thống làm mát
– Mục đích: Đảm bảo hệ thống làm mát hoạt động hiệu quả để duy trì nhiệt độ ổn định cho laser sợi quang.
– Tần suất: Kiểm tra định kỳ, đặc biệt là trong môi trường làm việc nóng.
– Quy trình:
+ Kiểm tra mức chất lỏng làm mát (nếu có) và bổ sung khi cần thiết.
+ Vệ sinh bộ tản nhiệt và quạt làm mát để loại bỏ bụi bẩn.
+ Đảm bảo hệ thống làm mát không bị tắc nghẽn và hoạt động trơn tru.
Kiểm tra và bảo dưỡng các thành phần khác
– Cáp quang: Kiểm tra cáp quang xem có bị hư hỏng, đứt gãy hoặc xoắn không.
– Bộ nguồn: Kiểm tra bộ nguồn xem có hoạt động ổn định và cung cấp đủ điện áp không.
– Hệ thống điều khiển: Kiểm tra hệ thống điều khiển để đảm bảo các thông số được cài đặt đúng.
Lưu ý chung:
Luôn tuân thủ hướng dẫn bảo trì và bảo dưỡng của nhà sản xuất.
Sử dụng phụ tùng chính hãng để đảm bảo chất lượng và độ bền của laser sợi quang.
Ghi lại nhật ký bảo trì và bảo dưỡng để theo dõi lịch sử hoạt động và phát hiện sớm các vấn đề.
Đào tạo nhân viên về quy trình bảo trì và bảo dưỡng để đảm bảo thực hiện đúng cách.
Nếu bạn không có đủ kinh nghiệm hoặc không chắc chắn về quy trình bảo trì, hãy liên hệ với VNTECH để các chuyên gia tư vấn đảm bảo laser sợi quang luôn hoạt động trong tình trạng tốt nhất.
Laser sợi quang là một công nghệ laser tiên tiến với nhiều ưu điểm vượt trội. Laser sợi quang đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp, y tế đến viễn thông và nghiên cứu khoa học. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, laser sợi quang sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong tương lai.
VNTECH - Đơn vị cung cấp máy móc gia công cơ khí chính hãng, uy tín, đa dạng về chủng loại, đáp ứng mọi nhu cầu sản xuất. Để được tư vấn chi tiết và nhận báo giá tốt nhất, quý khách vui lòng liên hệ theo thông tin bên dưới.
________________
THÔNG TIN LIÊN HỆ
- Địa chỉ văn phòng:
- Địa chỉ Hà Nội: Số 39 ngõ 285 đường Phúc Lợi, Phúc Lợi, Long Biên, Hà Nội
- Chi Nhánh Đà Nẵng: Lô 11, Khu A4, Nguyễn Sinh Sắc, Hoà Minh, Liên Chiểu, Đà Nẵng
- Chi Nhánh HCM: 43 Đường N2, KP Thống Nhất, Dĩ An, Bình Dương
- SĐT: 0984.537.333
- Email: sale@vntechcnc.vn
- Facebook: https://www.facebook.com/vntechcnc
- Website: https://thietbivntech.vn
