Lasery dyskowe

1
Lasery dyskowe

• Przygotowal Piotr Wiankowski

2
Laser dyskowy YbYAG (krysztal granatu itrowo
aluminiowego, laczy w sobie zalety geometrii
cienkiego dysku oraz pompowanego za pomoca diod
krysztalu YbYAG.
Lasery dyskowe wykorzystuja krysztaly uformowane
w postaci cienkich dysków o standardowej grubosci
ok. 200 nm i srednicy 10 mm.
Budowa lasera dyskowego Zródlo promieniowania
pompujacego diody. Zródlo chlodzenia
radiator. System zwierciadel, który przepuszcza
swiatlo powodujac wysoka absorpcje. Zakryta
tylnia czesc krysztalu spelnia funkcje koncowego
zwierciadla.
3
Rys.1 Budowa lasera dyskowego
4
Rys.2 Zasada dzialania lasera dyskowego
5

• Zalety lasera dyskowego
• Chlodzenie odbywa sie równolegle do kierunku
  rozchodzenia sie wiazki laserowej (np. wzdluz osi
  wiazki). Powoduje to niewielki gradient
  temperatury, dzieki czemu nie nastepuje
  nagrzewanie soczewek i w efekcie znacznie
  (czterokrotnie) poprawia spójnosc wiazki w
  stosunku do laserów pretowych.
• Geometria dyskowa zapewnia duza pojemnosc
  chlodzenia
• Nowe mozliwosci zastosowania ciecie, spawanie,
  wytwarzanie podzespolów

• Zalety wykorzystania krysztalu YbYAG, zamiast
  NdYAG
• Spójnosc wiazki Typowy 1 5 kW laser pretowy ma
  M2 pomiedzy 60 100. Dla porównania laser
  dyskowy ma M2 w granicach 15 -18, lasery dyskowe
  o niskiej mocy maja M2 w granicach 1.
• Czestosc repetycji Górny poziom laserowy itru ma
  wzglednie dlugi czas zycia (1ms) i zapewnia
  znacznie wieksza czestosc repetycji niz lasery
  NdYAG.
• Przestrajalnosc Szerokosc pasma wzmocnienia
  laserów YbYAG jest o rzad wielkosci wieksza niz
  laserów NdYAG. Lasery YbYAG sa takze
  przestrajalne, w teorii, w pasmie 1020 1060 nm.
  

6

• Znieksztalcenie czola fali Gradienty temperatury
  w przyrzadach opartych na YbYAG ustawione sa
  zgodnie z kierunkiem propagacji wiazki, redukujac
  znieksztalcenie czola fali.
• Pompowanie Róznica energii pomiedzy pasmami
  emisyjnymi i absorpcyjnymi itru jest niewielka,
  co powoduje zmniejszenie mocy pompujacej traconej
  na cieplo.
• Absorpcja Maksimum absorpcyjne itru wynosi
  prawie 940 nm, co czyni go odpowiednim dla
  pompowania diodami InGaAs.

Ogólna sprawnosc Lasery dyskowe oparte na
krysztale itru maja 4 5 razy wieksza sprawnosc
niz lasery oparte na innych laserach na ciele
stalym
Zastosowania laserów dyskowych

• Wytwarzanie pojedynczych czesci

Za pomoca galwoskanera wytapia sie pojedyncze
warstwy jednoskladnikowego metalicznego proszku,
który nie zawiera zmiekczajacych go domieszek.
Przy uzyciu tej metody mozna wytworzyc 3
wymiarowe czesci o ksztalcie zblizonym do
ksztaltu sieci.
7
Rys 3. Zastosowanie lasera dyskowego do tworzenia
pojedynczych elementów.
8

• Spawanie

• Bardzo duza spójnosc wiazki laserów dyskowych
  pozwala osiagac mniejsze apertury plamki, jak
  równiez wieksza gestosc energii. W rezultacie
  mozliwe jest spawanie cienkich arkuszy metali z
  duza predkoscia i przy minimalnym nagrzewaniu sie
  lasera. W dodatku na wyzszych poziomach
  energetycznych mozna osiagnac szczególnie dobre
  wyniki spawania przy duzych predkosciach
  spawania.
• Testy przeprowadzone dla lasera dyskowego o
  parametrach
• Moc lasera 750 W
• Grubosc próbki 3 mm
• Plamka 0,1 mm
• Wykazaly predkosc spawania ok. 50 m/min.
• Dla tej samej próbki po zmniejszeniu mocy lasera
  do 250 W osiagane predkosci spawania wynosily ok.
  20 m/min.

9

• Ciecie

Lasery dyskowe zapewniaja równiez swietne wyniki
przy cieciu materialów. Predkosc ciecia jest
proporcjonalna do srednicy ogniskowej i jest
ograniczona jedynie poprzez odpryskiwanie
topionego metalu. Zanotowano, ze aluminium o
grubosci 0,2 mm dalo sie ciac z predkoscia 60
m/min. Nawet zwiekszajac grubosc warstwy
aluminiowej do 0,5 mm dalo sie osiagnac predkosc
ciecia 28 m/min. Porównywalne osiagi wykazano w
przypadku stali nierdzewnej.
Powszechne lasery wykorzystujace pret, majace
spójnosc wiazki ? 16mm mrad sa uzyteczne w
obszarze 150 x 150mm, na arkuszu metalu o
grubosci 1 2 mm. Szerszy obszar moze byc
wykorzystany, jesli uzyje sie wiekszego skanera
optycznego co spowoduje jednakze ogólny wzrost
wymiarów urzadzenia, wiekszy koszt budowy, jak
równiez mniejsza zdolnosc dynamicznego ustalania
polozenia przez skaner optyczny. Uzycie lasera
dyskowego o porównywalnej mocy spowoduje 4
krotne zwiekszenie obszaru.
10
Bibliografia
Disk lasers Enable Application Advancements dr
Kurt Mann, Timothy Morris 2004
A New Spin Thin Disc YbYAG Lasers Nadya
Anscombe 2002