Conceptos básicos de los diodos láser acoplados a fibra
Los diodos láser de fibra acoplada son un tipo de sistema láser. En un diodo láser acoplado a fibra, la salida del diodo láser está acoplada a un cable de fibra óptica. Esto se logra colocando el extremo de la fibra muy cerca del diodo láser o usando lentes para enfocar la luz láser en la fibra.
Los diodos láser de fibra acoplada poseen algunas ventajas, entre ellas:
- La luz que emerge de la fibra óptica tiene un perfil de intensidad circular y homogeneizado..
- Presentan una calidad de haz simétrico.
- Ellos poseen alta potencia láser.
- Se pueden acoplar fácilmente con otros componentes de fibra óptica.
- Es fácil reemplazar los láseres de diodo acoplados a fibra defectuosos. El proceso es fluido y no requiere realizar ajustes en las alineaciones del dispositivo.
- Ellos hacen cortes precisos en nanosegundos.
Tipos de láseres de diodo acoplado a fibra
Los diferentes diodos láser acoplados a fibra se dividen en dos categorías: láseres monomodo y multimodo.
Diodos láser de fibra monomodo
Los láseres de fibra monomodo generalmente se transmiten a través de un diámetro de núcleo de fibra de <25 micras. Este tamaño produce un rayo láser concentrado de alta intensidad que puede enfocarse en un punto tan pequeño como 20 micrones.
Estas características hacen que este diodo láser sea adecuado para aplicaciones complejas. marcado láser, micromecanizado y aplicaciones de corte de precisión. Además, en regímenes de pulsos de nanosegundos, los diodos láser monomodo pueden alcanzar niveles de potencia significativos, hasta 500 milivatios.
El diodo láser monomodo tiene aplicaciones en siembra por láser de fibra, detección de gases, microscopía de fluorescencia confocal, telecomunicaciones, fabricación industrial y más.
Los diodos láser de fibra monomodo están disponibles en dos variantes: diodos láser Fabry-Pérot o diodos láser DFB (Distributed Feedback).
- Diodos láser Fabry-Pérot: Es un tipo de diodo láser con una estructura de espejo especial que refleja la luz de un lado a otro entre dos extremos del láser. Inicialmente, se refracta después de pasar al cable de fibra óptica antes de pasar por una reflexión interna total. Esto da como resultado un potente haz de luz. En aplicaciones monomodo, el diodo láser Fabry-Pérot se utiliza en varias longitudes de onda, incluidas, entre otras, 1310 nm, 1550 nm y 1625 nm. La luz emitida cae en un ancho espectral de 5 nm a 8 nm.
- Diodos láser DFB (retroalimentación distribuida): La retroalimentación distribuida es otro tipo de diodo láser con una rejilla de bajo ancho de línea que comprende una rejilla de difracción. Esta rejilla desempeña el papel de un reflector de Bragg en la longitud de onda del láser.
Es posible que desee obtener más información sobre el diferencia entre láseres FP y láseres DFB.
Diodos láser multimodo acoplados a fibra
Construidos sobre chips de diodos láser de emisión lateral de área amplia, los diodos láser multimodo acoplados a fibra se fabrican con obleas semiconductoras. Cuentan con una guía de ondas y una región de emisión más amplia, lo que les permite generar niveles más altos de potencia láser o potencia de salida.
Con la difracción de haz amplio, los diodos láser multimodo pueden emitir luz en una superficie más amplia. Sin embargo, debido a esta amplia área de emisión, la calidad del haz de los diodos láser multimodo es inferior a la del monomodo.
La forma del rayo láser depende del ancho de la cresta del chip láser. Tenga en cuenta que los anchos de cresta de los diodos láser multimodo son 100 micras o más. Se ocupa de un mayor volumen de material y genera más potencia láser, lo que reduce el riesgo de daños ópticos.
Los diodos láser multimodo acoplados a fibra encuentran aplicaciones en los sectores industrial, médico y de iluminación.
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Aplicaciones de diodos láser acoplados a fibra
Los módulos de diodos láser acoplados a fibra se utilizan con frecuencia en diversas aplicaciones en los sectores médico, industrial y de instrumentación. A continuación, nos centraremos en el uso industrial más común.
1. Procesamiento de materiales
La energía láser es capaz de alterar la forma o la apariencia de un material. Esta capacidad de modificar un material puede ayudar a los propietarios de empresas. Cambie diseños rápidamente, genere productos sin necesidad de cambiar herramientas y mejore la calidad del producto.. Desde metales, como hierro, aluminio, acero inoxidable y titanio, hasta no metales, como compuestos, cerámicas, plásticos/polímeros y adhesivos, el diodo láser reacciona bien con todos.
2. Corte
Corte por láser es una de las aplicaciones. Los láseres de diodo de fibra acoplada pueden realizar cortes precisos manteniendo una calidad de borde excepcional. Tener mayor estabilidad y eficiencia, calidad del haz, fácil integración, proceso sin contacto y velocidades más rápidas lo convierten en la mejor opción para piezas de precisión que exigen tolerancias estrictas.
3. Soldadura
Los diodos de fibra acoplada son adecuados para soldadura de ojo de cerradura en diversos procesos industriales. Hay dos razones que lo hacen útil. Primero, la potencia de salida de los láseres de fibra está entre 500 W y 10 kW. Y dos, pueden obtener tamaños de punto enfocado entre 40 y 800 μm incluso si la distancia de trabajo es enorme.
4. Grabado
Los láseres de fibra pueden dejar marcas permanentes en superficies como algunos plásticos y metales. Durante el procedimiento, la luz láser utiliza un haz de luz enfocado y lo transmite a la superficie del material para hacer una marca. Esta técnica ayuda a crear marcas permanentes con precisión.
El papel de los diodos láser acoplados a fibra en el corte por láser
El diodo láser acoplado a fibra tiene una aplicación importante en el corte por láser, centrémonos en él.
La tecnología láser utiliza radiación estimulada para producir un rayo láser. Luego, un diodo láser libera luz para enviarla a los cables de fibra óptica para su amplificación. Cuando esta luz láser entra en contacto con la superficie del material en cuestión, penetra en éste y se transforma en energía térmica. Este calor generado es el responsable de hacer que la superficie se derrita.
En términos generales, el diodo acoplado a fibra es útil en el corte por láser debido a las cuatro características siguientes:
- Estabilidad de potencia: FCLD tiene una potencia de salida estable, lo cual es esencial para el corte por láser, ya que garantiza resultados consistentes.
- Ruido bajo: Los bajos niveles de ruido protegen a los operadores de los trastornos musculoesqueléticos y del estrés relacionado con el ruido.
- Estabilidad de orientación del haz más avanzada: Esto implica que el rayo láser realizará cortes láser precisos.
- Localización del láser de forma remota: Esto ayuda a mejorar la seguridad y estabilidad de los sistemas de corte por láser.
En corte por láser, asistencia aérea También juega un papel clave en la mejora de la velocidad de corte y la calidad del corte. Así, como los técnicos utilizan una corriente de aire a alta velocidad paralela al rayo láser, el aire elimina el metal fundido y garantiza que el corte sea de alta calidad.
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Longitud de onda múltiple de fibra acoplada
Las fuentes de fibra óptica, como los láseres de diodo acoplados a fibra, pueden emitir luz simultáneamente en múltiples longitudes de onda. En concreto, la longitud de onda del módulo de diodo láser cae directamente dentro de la parte infrarroja del espectro, es decir, entre 780 nm y 2200 nm.
Si bien esta porción no es visible a simple vista, puede reaccionar con diferentes tipos de materiales. Es el rango de longitud de onda más corto el que permite que la luz láser los penetre fácilmente. Los materiales incluyen metales, caucho y plásticos, lo que hace que la función de longitud de onda múltiple sea muy útil en una amplia variedad de aplicaciones de procesamiento de materiales.
Algunos módulos láser de múltiples longitudes de onda se pueden adaptar a longitudes de onda de 1mW a 5mW. Esta alteración de la longitud de onda se realiza ajustando la temperatura o estirando la cavidad del láser. También se puede lograr ajustando la corriente al láser de semillas.
Algunas ventajas de estos láseres de diodo de longitudes de onda múltiples son el bajo costo, el tamaño compacto y la pequeña pérdida de inserción.
Elegir el diodo láser acoplado a fibra adecuado
Para lograr la potencia de salida adecuada, es importante elegir el sistema láser de fibra adecuado. En el caso de los láseres de diodo acoplados a fibra, a continuación se detallan algunos factores importantes.
1. Rango de longitud de onda
La longitud de onda de un diodo láser decide el tipo de material que es capaz de cortar o grabar. Por ejemplo, Láser de CO2 Poseen una longitud de onda de 9.6 y 10.6 micrómetros (μm), perfectos para cortar y grabar superficies no metálicas como madera, acrílico y papel. Láser de fibra, por otro lado, con una longitud de onda de 1.06 micrómetros, puede cortar o grabar metales como acero, aluminio y cobre.
2. Potencia de salida
La potencia de salida del diodo láser mejora la velocidad y la profundidad de corte. Un diodo láser de mayor potencia no sólo puede cortar material más rápido sino también más profundamente en comparación con un diodo láser de menor potencia. Pero los láseres de diodo de mayor potencia son caros.
3. Calidad del haz
La calidad del rayo láser afecta la exactitud y precisión del corte. Una mayor calidad del haz produce mejores resultados. La calidad del haz se mide en factor m2. Cuando el factor M2 es bajo, la calidad del haz es alta.
4. Tipo de fibra
Hay dos tipos principales de fibra utilizados en diodos acoplados a fibra: fibra monomodo y fibra multimodo. La fibra monomodo posee un diámetro de núcleo de fibra más pequeño y puede transmitir más potencia a distancias más largas. Mientras que en un láser de fibra multimodo, el diámetro del núcleo de la fibra es mayor.
5. Método de enfriamiento
Se puede enfriar un diodo láser acoplado a fibra utilizando aire o agua. El enfriamiento por aire es el método de enfriamiento más común. El enfriamiento por aire aumenta la superficie del objeto que desea enfriar. Por ejemplo, si agrega aletas de enfriamiento al diodo láser, aumentará la tasa de transferencia de calor.
Otra forma utilizada para enfriar diodos láser semiconductores es manteniendo la barra láser en un refrigerador termoeléctrico (TEC). El TEC utiliza el Efecto Peltier para enfriar el láser.
Por otro lado, la refrigeración por agua es más eficaz; sin embargo, es costoso y también complicado.
Para obtener más información sobre cómo enfriar diodos láser, lea este artículo.
6. Opciones de control
Los láseres de diodo de fibra acoplada tienen dos opciones para controlar el dispositivo. Uno es un controlador interno y el otro es un controlador externo. Algunos ejemplos de controladores internos incluyen un generador de impulsos integrado o un generador de funciones.
Una fuente de voltaje de onda sinusoidal o CC es un ejemplo de controlador externo. Depende del usuario elegir el tipo de controlador: interno o externo.
Algunas formas de controlar diodos láser acoplados a fibra:
- Ajustar la cantidad de electricidad que fluye a través de los diodos láser.
- Utilice un generador interno para generar señales para cambiar la intensidad del láser o crear ráfagas cortas de luz láser.
- Inicie un generador de señales interno utilizando una señal de un generador externo.
- Ajuste la fuente de señal TTL remota para producir pulsos continuos que duren 100 microsegundos .
- Utilice el generador de funciones interno para crear el pulsos cuasi-CW.
7. Embalaje de diodos
El embalaje adecuado ayuda a proteger el diodo láser de la humedad, el polvo, la desgasificación y los daños mecánicos. Conducir el calor es una forma eficaz de enfriar paquetes sellados más pequeños; sin embargo, para los más grandes, la refrigeración activa mediante un dispositivo especial llamado TEC (enfriador termoeléctrico) o la refrigeración por agua funciona mejor.
El manejo del embalaje de diodos requiere comprender lo siguiente:
- Antes de abrir el paquete, manténgalo en una habitación durante un mínimo de 4 horas para permitirle alcanzar el equilibrio térmico.
- No guarde pegamentos, disolventes, plásticos ni pasta conductora de calor cerca del diodo láser.
- Utilice el regulado actual. controladores de diodo láser Fabricado especialmente para diodos láser únicamente.
8. Consejos adicionales para elegir un láser de diodo acoplado a fibra
Antes de que el propietario de un negocio decida comprar un diodo láser acoplado a fibra, se le sugiere:
- Considere el tipo de material que necesita cortar o grabar.
- Considere el grosor del material que necesita cortar.
- Considere el tamaño total del cable de fibra óptica empleado para lograr la eficiencia del acoplamiento.
- Considera tu presupuesto.
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Preguntas Frecuentes
1 – ¿Cuál es la diferencia entre los láseres de diodo acoplado a fibra y los láseres de diodo normales?
Los láseres de diodo de fibra acoplada son láseres que emplean una fibra óptica para transmitir luz láser a su objetivo. Los láseres de diodo normales, por el contrario, se componen de barras de diodos apiladas verticalmente.
2 – Si el haz de salida de los diodos láser multimodo es de 200 a 300 μm, ¿se puede caracterizar como un haz gaussiano?
No, el haz resultante no es un Haz gaussiano. Sin embargo, si el perfil de intensidad se acerca más a la distribución gaussiana, se pueden aplicar los principios de propagación del haz gaussiano.
3 – ¿Cuál es la principal diferencia entre espacio libre y fibra acoplada?
En el espacio libre, los láseres de diodo utilizan el aire, el vacío o el espacio exterior como medio para transmitir luz. Pero los láseres acoplados a fibras acoplan la luz que producen. Este acoplamiento de fibras garantiza que la luz incida en el objetivo.
4 – ¿Se puede llamar diodo láser de fibra?
Sí, un láser de fibra es un láser de diodo; es un láser de estado sólido bombeado por diodos(DPSSL). Estos diodos son diodos semiconductores funcionando como una fuente láser que emite luz en una fibra compuesta de fosfato de vidrio o silicato. Después de absorber la luz, la convierte en luz láser.
Conclusión
El diodo láser acoplado a fibra es un potente semiconductor. Comprender cómo funciona y ayuda en diferentes industrias es una excelente manera de decidir qué funcionará para usted. Es una tecnología prometedora que tiene el potencial de revolucionar el funcionamiento de diferentes industrias en el futuro.
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