استكشاف مبادئ طاقة الليزر وتطبيقاتها الصناعية

في تكنولوجيا الليزر، تقف الطاقة كمعلم أساسي يؤثر بشكل مباشر على اختيار المعدات وكفاءة العملية. سواء لللحام بالليزر أو التنظيف أو الحفر أو القطع أو العلامة.قوة الليزر تلعب دورا مركزيا في تحديد سرعة المعالجة والجودةومع ذلك ، فإن التعبيرات المتنوعة عن طاقة الليزر يمكن أن تؤدي في كثير من الأحيان إلى الارتباك. توفر هذه المقالة فحصًا شاملًا لمفاهيم طاقة الليزر والمعايير ذات الصلة وتطبيقاتها.

تعريف ووحدات طاقة الليزر

ووفقا للمؤسسات الوطنية للصحة (NIH) ، يتم تعريف قوة الليزر بأنها "المعدل الذي تنبعث به الليزر من الطاقة". ببساطة، فهي تقيس مدى سرعة إطلاق الليزر للطاقة.الوحدات القياسية لقوة الليزر هي واط (W)يُشار إلى أن الليزر يمكن أن يطلق جول واحد من الطاقة في الثانية. لذلك، يطلق الليزر 100 واط 100 جول من الطاقة في الثانية الواحدة.

من المهم التمييز بين قوة الليزر و كثافة الطاقة بينما الليزر 50 و 200 واط قد يركز الطاقة لتنفيذ مهام مماثلةالليزر ذو الطاقة العالية يكمل العمل بشكل أسرع بسبب إنتاج الطاقة الأكبر في الثانيةقوة الليزر تمثل فقط الطاقة الإجمالية المطلقة لكل وحدة وقت، وليس تركيزها.

الموجة المستمرة مقابل الليزر النبض

تسقط الليزر في المقام الأول إلى فئتين يستخدمان الطاقة بشكل مختلف:

• ليزر الموجة المستمرة:هذه تنبعث من الطاقة بمعدل ثابت. على سبيل المثال، الليزر المستمر 50W يطلق باستمرار 50 جول في الثانية.
• الليزر النبض:هذه تطلق الطاقة في انفجارات ، مع توقف قصير بين النبضات لتجميع الطاقة. وهذا يسمح للليزر النبض لتحقيق مستويات طاقة ذروة أعلى.

عادة ما تفوق الليزر النبضية على الليزر الموجة المستمرة في تطبيقات مثل العلامة والتنظيف والحفر بسبب قدرتها على توليد طاقات الذروة العالية المطلوبة لإزالة المواد.

معايير الليزر المفصلة

طاقة النبض

تحتوي كل نبضة ليزر على طاقة محددة ، عادة ما تقاس بالميلي جول (mJ). قد تستخدم التطبيقات التي تتطلب طاقة أقل إعدادات نبضات مخفضة.

مدة النبض

هذا يشير إلى مدة استمرار كل نبضة ، مما يؤثر على تركيز الطاقة. تستمر فترات أقصر لتحقيق طاقة ذروة أعلى. يطلق على مدة النبض أيضًا طول النبض ،تتراوح من فيمتوسكوند إلى نانوسكوند حسب نوع الليزر.

معدل تكرار النبض

يتم قياسها في هرتز (هرتز) أو كيلو هرتز (كيه هرتز) ، وهذا يشير إلى نبضات في الثانية. يمكن أن تنبعث من الليزر ذات الطاقة العالية المزيد من النبضات في الثانية. تظهر العلاقة بين معدل التكرار والطاقة أدناه:

حجم البقعة

يمكن أن يكون لأشعة الليزر أشكال مختلفة (دائرية أو مربعة أو مستطيلة) مع توزيع طاقة غير موحد. يشير حجم النقطة إلى القطر الذي تتركز فيه الطاقة أكثر.البقع الأصغر تنتج طاقة ذروة أعلى ويمكن تعديلها باستخدام مكونات بصرية مثل عدسات التركيز.

ملف الشعاع

هذا يصف كيفية توزيع الطاقة عبر قطر الحزمة.في حين أن الملفات التوضيحية ذات القمة المسطحة توفر توزيعًا أكثر تكافؤًا للطاقة لقطع أكثر نظافةيتم قياس ملامح الشعاع باستخدام محللات متخصصة.

مستويات طاقة الليزر

فهم مفاهيم الطاقة المختلفة يكشف كيف يمكن لليزر 100W أن ينتج طاقة فعالة أعلى بكثير.

متوسط الطاقة

تعادل طاقة الليزر ، وهذا يمثل متوسط إنتاج الليزر على مدى ثانية واحدة. كل من الليزر المستمر والنبض 100W لديه متوسط طاقة 100W.

الطاقة القصوى

هذا هو أعلى طاقة إنتاج خلال فترات محددة. تركيز الطاقة في نبضات قصيرة يخلق مستويات طاقة ذروة عالية للغاية ، يتم احتسابها عن طريق تقسيم طاقة النبض إلى مدة النبض.

كثافة الطاقة

يطلق عليها أيضًا الإشعاع ، وهذا المعلم (يتم قياسه في W / cm2) يظهر تركيز الطاقة عن طريق ربط الطاقة بمساحة شعاع. ونتجت كثافة الطاقة الأعلى عن تركيز المزيد من الطاقة على بقع أصغر.

تطبيقات عملية

إعدادات طاقة الليزر تختلف بشكل كبير حسب التطبيق:

• علامة القوة العالية:ليزر الألياف 500 واط يخلق علامات عميقة ودائمة عن طريق تقديم طاقة عالية في المواد.
• التسخين منخفض الكهرباء:التسخين اللطيف بواسطة الليزر منخفض الطاقة يحفز التفاعلات الكيميائية مع الحفاظ على سلامة السطح.

الاستنتاج

إتقان مفاهيم طاقة الليزر أمر ضروري لتحسين عمليات الليزر من خلال تعديل دقيق للاعدادات مثل طاقة النبضات، المدة، معدل التكرار، حجم النقطة،يمكن للمشغلين التحكم بدقة في إنتاج الطاقة لتطبيقات متنوعةإعدادات الطاقة المناسبة تعزز بشكل ملحوظ كفاءة ونوعية في مهام معالجة الليزر.