Qual é a diferença entre laser de fibra e laser de diodo?

Lasers de fibraeLasers de diodosão dois tipos comuns de lasers e diferem em estrutura, desempenho, etc. Os lasers de fibra e os lasers de diodo são amplamente utilizados na indústria moderna e nos campos de pesquisa médica e científica. Ambas as tecnologias de laser usam fibras de vidro dopadas com elementos de terras raras ou materiais semicondutores como meio de ganho para produzir lasers de diferentes comprimentos de onda e potências.

O laser de fibra é uma tecnologia de laser sólido que utiliza fibra de vidro dopada com elementos de terras raras, como érbio, itérbio e neodímio, como meio ativo. O feixe deste laser é gerado dentro da fibra óptica e depois transmitido através da fibra flexível, proporcionando excelente qualidade e estabilidade do feixe. Alta eficiência e excelente qualidade do feixe são as principais vantagens dos lasers de fibra, tornando-os amplamente utilizados em comunicações de fibra a laser, comunicações espaciais de longa distância, construção naval industrial, fabricação de automóveis, gravação a laser, marcação a laser, corte a laser, rolos de impressão, metal e aplicações não metálicas. É amplamente utilizado em muitos campos, como perfuração/corte/soldagem de metal.

Lasers de diodo são dispositivos laser de estado sólido baseados em materiais semicondutores. Seu princípio de funcionamento depende principalmente da função de junção pn e injeção de corrente. Comparados aos lasers de fibra, os lasers de diodo têm uma faixa de potência de saída menor, mas sua faixa de comprimento de onda mais ampla permite maior flexibilidade. Além disso, os lasers de diodo também são amplamente utilizados em áreas como comunicações e transmissão de dados, impressão e gravação, exibição e iluminação.

A diferença entre lasers de fibra e lasers de diodo
1. Princípio de funcionamento
Os lasers de fibra transmitem energia através das fibras ópticas e geram luz laser nas fibras ópticas. Sua qualidade de saída do laser é alta, a qualidade do feixe é boa, a potência é alta e o projeto do sistema de dissipação de calor é relativamente complexo.
Os lasers de diodo convertem energia elétrica em energia luminosa por meio de materiais semicondutores. Seu comprimento de onda de saída é único e a qualidade do feixe é ruim, mas tem as vantagens de ser acessível e fácil de usar.
2. Estrutura
A estrutura do laser de fibra é complexa, incluindo fibra, fonte de luz da bomba, sistema de resfriamento, etc.
A estrutura de um laser de diodo é relativamente simples, incluindo principalmente um diodo, uma cavidade externa, uma fonte de luz de bomba, etc. Os lasers de fibra são geralmente volumosos em termos de tamanho e peso, enquanto os lasers de diodo são menores e mais leves.
3.Desempenho
Os lasers de fibra têm características de alta potência, alta eficiência e feixes de alta qualidade. Seus comprimentos de onda de saída cobrem uma ampla faixa e possuem boa qualidade pontual. Eles são adequados para fabricação, pesquisa científica e outros campos.
Os lasers de diodo são adequados principalmente para algumas aplicações convencionais, como comunicações de fibra óptica, impressão a laser, fototerapia, etc. Os lasers de diodo são baratos, fáceis de usar e adequados para algumas organizações ou indivíduos com um orçamento menor.

Comparação de recursos
A. Potência de saída
Os lasers de fibra geralmente têm uma ampla faixa de potência de saída, variando de algumas centenas de watts a vários quilowatts. Por exemplo, os lasers de fibra contínua de alta potência do IPG podem fornecer potências de saída de 1 kW a mais de 100 kW. Além disso, os lasers de fibra têm uma ampla faixa de comprimento de onda operacional, podem escolher modo único ou multimodo e possuem diodos de bomba de alta estabilidade e longa vida útil.

Quanto aos lasers de diodo, sua faixa de potência de saída é geralmente menor, variando de alguns watts a centenas de watts. Isso ocorre porque o material de trabalho do laser de diodo é um material semicondutor e o número de fótons gerados por sua transição de nível de energia é relativamente pequeno, de modo que a potência de saída é relativamente baixa. No entanto, os lasers de diodo têm as vantagens de uma grande variedade de comprimentos de onda, tamanho pequeno e alta eficiência, portanto ainda apresentam vantagens exclusivas em algumas aplicações específicas.
B. Faixa de comprimento de onda
A faixa de comprimento de onda dos lasers de fibra depende principalmente do meio de ganho utilizado. Por exemplo, o espectro de absorção da fibra dopada com itérbio (YDF) varia de 900 nm a 1000 nm, com dois fortes picos de absorção em 915 nm e 976 nm. Portanto, o comprimento de onda de saída dos lasers de fibra dopada com itérbio está geralmente na região do infravermelho próximo, como a banda de 1 μm.

A faixa de comprimento de onda dos lasers de diodo é relativamente ampla, desde a luz visível até a luz infravermelha próxima. O comprimento de onda específico depende de diferentes materiais semicondutores e projetos estruturais. Por exemplo, lasers semicondutores usando diferentes materiais podem produzir lasers com diferentes comprimentos de onda, como 800 nm, 940 nm, 1310 nm e 1480 nm.
C. Qualidade do feixe
Os lasers de fibra normalmente têm qualidade de feixe muito alta e podem produzir feixes com difração quase limitada. Especificamente, o parâmetro chave da qualidade do feixe é o BPP (produto de parâmetros de feixe), que pode afetar diretamente a qualidade da usinagem de precisão e da macrousinagem. Por exemplo, pode ser usado para cortar, soldar ou processar uma variedade de materiais, incluindo chapas finas e metais reflexivos. Além disso, devido à sua alta densidade de potência, os lasers de fibra permitem um processamento mais rápido e maior produtividade.

A qualidade do feixe dos lasers de diodo depende do tipo específico. O caso mais simples é um VCSEL (Laser Emissor de Superfície de Cavidade Vertical), que normalmente emite um feixe com alta qualidade de feixe, divergência moderada do feixe, sem astigmatismo e uma distribuição de intensidade circular. No entanto, se for utilizada uma lente esférica simples, a eficiência do acoplamento é significativamente reduzida devido à elipticidade do feixe. Outro exemplo são os pequenos diodos laser emissores de borda, que também emitem em um único modo espacial e, portanto, em princípio, também permitem um acoplamento eficiente a fibras monomodo.
D. Eficiência e consumo de energia
Os lasers de fibra têm excelente eficiência de conversão eletro-óptica e podem converter uma proporção maior de energia elétrica de entrada em saída de laser. Isto se deve principalmente à estrutura especial do seu meio de ganho, ou seja, fibra dopada com itérbio. Além disso, os lasers de fibra têm excelente qualidade de feixe, produzindo feixes com difração quase limitada, resultando em maior precisão e capacidade de processamento. A alta densidade de potência dos lasers de fibra permite processamento rápido e maior produtividade.

Quanto aos lasers de diodo, sua eficiência e consumo de energia variam dependendo do tipo específico. Por exemplo, VCSELs (Lasers Emissores de Superfície de Cavidade Vertical) podem emitir feixes com alta qualidade de feixe, divergência moderada, sem astigmatismo e uma distribuição de intensidade circular. No entanto, se for utilizada uma lente esférica simples para acoplamento, a eficiência do acoplamento pode ser significativamente reduzida devido à elipticidade do feixe. Tal como acontece com pequenos diodos laser emissores de borda, este diodo também emite em um único modo espacial, permitindo, em princípio, também um acoplamento eficiente a fibras monomodo. Em geral, tanto os lasers de fibra quanto os lasers de diodo têm suas próprias vantagens e valores de aplicação exclusivos. Para requisitos de aplicação específicos, o tipo de laser mais apropriado precisa ser selecionado com base na situação específica.

Aplicativo
A. Campos de aplicação de lasers de fibra
Os lasers de fibra são usados ​​em uma ampla gama de aplicações, incluindo processamento e fabricação industrial, indústrias médicas e cosméticas, bem como pesquisas científicas e aplicações militares. No campo industrial, diferentes tipos de lasers de fibra têm diferentes aplicações típicas. Por exemplo, pode ser usado para comunicações de fibra óptica a laser, comunicações espaciais de longa distância a laser, construção naval industrial, fabricação de automóveis, gravação a laser, marcação a laser, corte a laser, rolos de impressão, perfuração/corte/soldagem de metais e não metais (como como soldagem de cobre, têmpera, revestimento e soldagem profunda), defesa e segurança militar, equipamentos e equipamentos médicos e infraestrutura de grande escala. Além disso, os lasers de fibra também podem ser usados ​​como fontes de bombeamento para outros lasers.
B. Áreas de aplicação de lasers de diodo
Como um laser que utiliza materiais semicondutores como substâncias de trabalho, os lasers de diodo têm uma ampla gama de aplicações. Em termos de comunicação e transmissão de dados, pode ser utilizado na construção de sistemas de comunicação óptica e diretamente utilizado como fonte de luz para converter energia elétrica em laser. Além disso, a impressão e a gravação também são áreas de aplicação importantes. Os lasers de diodo também são amplamente utilizados nos campos de exibição e iluminação, principalmente devido ao seu pequeno tamanho, alta eficiência e longa vida útil.

Diferenças e características dos lasers de fibra e lasers de diodo
As principais diferenças e características dos lasers de fibra e dos lasers de diodo podem ser comparadas em termos de qualidade do feixe de laser, fonte de luz, eficiência de corte, módulos de laser, manutenção do sistema e potência.

Os lasers de fibra usam fibras de vidro dopadas com elementos de terras raras como meio de ganho, que podem ser desenvolvidos com base em amplificadores de fibra para formar alta densidade de potência, causando "inversão do número de partículas" do nível de energia do laser do material de trabalho do laser. Quando um loop de feedback positivo é adicionado apropriadamente (constituindo a cavidade ressonante), pode formar uma saída de oscilação do laser. Portanto, possui alta potência média e forte efeito térmico, sendo amplamente utilizado no corte de materiais metálicos, soldagem, perfuração, sinterização, etc.

Os lasers de diodo têm características de alta potência de pico, pequeno efeito térmico e alta precisão de processamento. Eles são geralmente usados ​​na área de microusinagem fina de materiais finos e quebradiços e materiais não metálicos. O caso mais simples é um VCSEL (Laser Emissor de Superfície de Cavidade Vertical), que normalmente emite um feixe com alta qualidade de feixe, divergência moderada do feixe, sem astigmatismo e uma distribuição de intensidade circular. Se for utilizada uma lente esférica simples, a eficiência do acoplamento é significativamente reduzida devido à elipticidade do feixe. Além disso, os lasers de diodo apresentam alguns problemas, como astigmatismo na saída, especialmente diodos guiados por ganho, que podem ser compensados ​​por lentes cilíndricas fracas adicionais.

No geral, a escolha do tipo de tecnologia laser depende das necessidades e cenários específicos da aplicação.

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