Co byste rádi věděli o průmyslových laserech
Mnozí z vás denně běžně používají lasery při práci, někteří se na to teprve chystají. Pro většinu z nás jsou to kouzelné stroje, které umějí doslova zázraky a usnadňují nám dříve téměř neproveditelné úkony. Možná vás napadlo, že byste se o nich rádi dozvěděli více a stali se trochu většími znalci. Zajímají vás větší detaily o jejich typech a využití, o principu či funkci? V tom případě čtěte dál. V následujících číslech Megazínu vám přineseme seriál informací pro laiky, založených na odborných článcích o laserech Ing. Miroslava Nováka, experta společnosti LAO průmyslové systémy s.r.o.
Letos oslavil laser už 52 let svého vzniku a od té doby pronikl do všech možných odvětví lidské činnosti. Hlavní využití nalézá nejen v průmyslu, medicíně, vědě a výzkumu, elektronice, zábavním průmyslu, ale i ve zcela „běžných“ věcech, jako jsou laserová ukazovátka, počítačové CD-ROM mechaniky apod.
Slovo laser je zkratka pro termín „zesilování světla stimulovanou emisí záření“, ale tahle definice laikům mnoho neřekne. Velmi nepřesně tedy každý laser obsahuje zdroj světla a prostředí, ve kterém se světlo koncentruje do výkonného paprsku. Než se pustíme do dalších detailů, je nutné si říci, jaké druhy laserů vůbec existují. Nejčastěji se setkáváme s dělením laserů podle typu aktivního prostředí (aktivním prostředí – je velmi zjednodušeně látka, kde se zesiluje paprsek).
Schéma optického rezonátoru
Plynové lasery
Aktivním prostředím je zde plyn, který lze budit, či stimulovat různými způsoby – elektricky, radiofrekvenčními vlnami, opticky a tak dále. Typickým představitelem je např. CO2 laser, který velmi dobře znáte i z naší nabídky pod označením TROTEC SPEEDY. Využívá se v průmyslu v řezacích aplikacích a pro popisování či gravuru.
Pevnolátkové lasery
Aktivním prostředím u pevnolátkových laserů je nějaká pevná látka, nejčastěji monokrystal. Prvotním zdrojem světla jsou výbojky nebo laserové diody. Typickým představitelem je Nd:YAG laser, kde aktivní prostředí tvoří monokrystal. Nd:YAG laser se v průmyslu používá hlavně pro laserové řezání, značení a svařování.
Vláknové lasery
Je to speciální typ pevnolátkových laserů, kde aktivní prostředí tvoří optické vlákno dopované atomy erbia nebo ytterbia. Buzení probíhá pomocí laserových diod, jejich záření je do aktivního vlákna přivedeno opět optickým vláknem. Tuto konstrukci nazýváme vlákno-vlákno architekturou a laser díky tomu neobsahuje žádné optomechanické prvky, tedy například zrcadla. Výkony dosahují až 40 kW. V dnešní době jde o nejmodernější technologii pro průmyslové řezání, svařování a značení a podíl vláknových laserů na trhu neustále stoupá. Z naší nabídky je znáte pod obchodním názvem Megaflex SHINE.
Polovodičové lasery
Aktivním prostředím je elektricky čerpaná polovodičová dioda. Výkon diodových laserů se pohybuje v řádech od mW až po kW. Tyto lasery mají vysokou účinnost, ale nevýhodou je, že trpí nízkou kvalitou výstupního svazku paprsků. V oblasti nízkých výkonů mohou mít miniaturní rozměry a používají se v CD/DVD přehrávačích, laserových tiskárnách apod. Diodové lasery s vysokým výkonem se v průmyslu používají zejména na svařování kovů i plastů a kalení.
Chemické lasery
Tyto lasery jsou buzeny chemickou reakcí a jsou schopny dodat ohromné množství energie v krátkém čase. Zájem o ně má především armáda pro vojenské účely.
Excimerové lasery
Jedná se o speciální třídu plynových laserů buzených elektrickým výbojem. Aktivním elementem, který generuje záření, je tzv. excimer, což je speciální molekula, kde jedna z jejích složek je v excitovaném, tedy vybuzeném stavu. Tyto lasery pracují v ultrafialové (UV) oblasti a jejich hlavní použití je ve fotolitografii v polovodičovém průmyslu.
Barvičkové lasery
U barvičkových laserů je jako aktivního prostředí použito organického barviva. Výhodou těchto laserů je jejich laditelnost – mohou zářit na více vlnových délkách. Použití nacházejí zejména ve vědě a výzkumu. V nabídce Megaflexu je najdete v oblasti ochranných prvků pro speciální razítkové otisky.
Kontinuální a pulzní lasery
Další možné dělení laserů je podle typu výstupního svazku na kontinuální (CW) a pulzní lasery. CW laser generuje souvislý výstupní výkon (v průmyslu se využívá zejména pro řezání a kalení), pulzní laser naopak generuje laserové pulzy. V průmyslu, zejména pro značení a gravírování je nejčastěji používán tzv. Q-spínaný laser, který generuje pulzy vysokého výkonu s délkou v řádu nanosekund. Lasery s pulzním buzením (např. výbojkami) disponují pulzy v řádech milisekund a slouží hlavně pro svařování. Speciální třídou jsou pak tzv. ultrarychlé lasery, jež nejsou v průmyslu zatím příliš rozšířeny kvůli ceně, nicméně jsou do budoucna ideální pro mikroobráběcí aplikace.
V příštím článku se podrobněji zaměříme na hlavní typy laserů používaných v průmyslu.
Zpracoval jiri.dusek@megaflex.cz s využitím materiálů Ing. Miroslava Nováka ze společnosti LAO – průmyslové systémy.