Skutečný Q-switch ve vláknovém laseru vypadá zcela jinak, než se kreslí ve schématech. Je to nenápadná součástka, u které je jeho řídící část. Aby edukace byla za použití reálných komponent, tak například zde je ukázka acusto optic Q-switche z vláknového laseru a v levé části je právě budič signálu ultrazvukových vln, který je připojený přes koaxiální kabel. Pro 20W Q-switch laser je tato součástka délky cca 15cm.
Typické operační módy laseru pro značící lasery
Nejdříve si vysvětlíme Operační módy laseru. Typické módy laseru jsou Kontinuální, Pulzní a právě nejzajímavější pulzní s Q-switch. Ty jsou taky nazývané "giant pulses".
Kontinuální mód laseru
CW - continuous wave. Laser je stále buzen konstantně, tedy pumpování laseru je nepřerušované a výstupní laserový paprsek je také nepřerušovaný. Tyto lasery se téměř nepoužívají pro značení. Přesto někdy je použitý jako vláknový laser s CW pulzem pro značení do plastů, speciálně do folie, jako jsou obaly potravin, kdy laser nepropálí folii, protože pulz má menší energii a výkon.
Pulzní mód laseru
Pulzní mód laseru je často používán i pro značící lasery. Laser je buzen přerušovaně, tedy pulzně v krátkých dávkách. Délka pulzu je malá, ale pořád větší než Q-switch lasery. Maximální výkon pulzu je vždy menší jak exitační výkon. Výkon, délka pulzu a frekvenci pulzů určuje výstupní střední výkon laseru.
Q-SWITCH mód laseru
Obří pulzy laseru za pomoci Q-Switch řízení. V tomto módu je výkon pulzu vyšší jak je exitační výkon laseru. Toho je dosaženo v rychlém vypínání laserového paprsku v rezonátoru. Q-switch neboli taky quality switch může produkovat extrémně vysoké pulzy výkonu, například u pevnolátkových laserů několik stovek kW v nanosekundách, ale i několik GW (gigawatt) v pikosekundách a taky ve vysokých frekvencích v několika stovek kHz. Nicméně pro vláknové lasery je zde jisté omezení a nelze mít tak velké výkonové pulzy jak pro pevnolátkové lasery.
Q-switch princip a jeho zásadní vliv na laserový paprsek
Jde o součástku, která je vložená do rezonančního obvodu a dokáže převést kontinuální mód na pulsní s vysokou energií. Někdy se systému s Q-switch součástkou nazývá jako "qvality switch" zlepšující kvalitu paprsku. Z principu je možné mít jak pasivní tak aktivní Q-switch. Aktivní lze ovládat elektricky, pasivní mění své vlastnosti v závislosti na výkonu laseru. Nyní k principu. Pokud není aktivní Q-switch aktivován, tak není ovlivněn rezonanční obvod a vytváří se laserový paprsek z emitovaných elektronů. K čemu dojde, když se zapne / aktivuje Q-switch? Po aktivaci zacloním průchodu fotonů a zruším rezonanční obvod. V oblasti, kde se aktivují elektrony dochází k mnohem větší aktivaci více elektronů a tedy zvyšuji možnost vyzářit více fotonů tedy více energie. Deaktivuji Q-switch a rezonanční obvod je otevřen, ale už mám více excitovaných elektronů a vyzáří se tak více fotonů. Zvyšuji tedy laserovou energii a rozděluji ji v pulsy, dávky velké energie. Nyní to popíši velmi názorně pro domácí studenty. Je to jako když proud vody z kohoutku představuje proud fotonů. Tento proud fotonů přehradím svými dlaněmi a nahromadím energii do dlaní. Dlaně se mi naplní vodou a pak je otevřu. Vznikne tak mnohem větší energetický náraz, což je právě ten tok fotonů v pluzích s větší energií.
Laserový zdroj (generátor) může taktéž pracovat v režimu Q-switch (nanosekundové impulsy). Q-switch (Q-spínání) je metoda řízení činitele jakosti otevřeného rezonátoru během činnosti laseru. Princip metody spočívá v tom, že se mění ztráty rezonátoru. V okamžiku zapnutí budícího impulsu je jedno ze zrcadel rezonátoru vyřazeno z činnosti laserovou závěrkou (Q-switch). Ztráty rezonátoru jsou velké, činitel jakosti rezonátoru je malý a generování záření nemůže vzniknout. Díky buzení laseru dochází k narůstání inverze populace hladin v aktivním prostředí, vybuzené elektrony se hromadí na horní energetické laserové hladině a vyzařují pouze spontánně. Rychlým otevřením Q-spínače nejlépe v okamžiku dosažení maximální inverze v aktivním prostředí se v rezonátoru sníží ztráty, činitel jakosti vzroste, dojde k rychlému rozvoji generování záření. Protože všechny vzbuzené atomy přecházejí téměř najednou do základního stavu, je generován krátký impuls o velkém výkonu. Délka tohoto impulsu a energie závisí právě na rychlosti Q-spínání, také na vlastnostech aktivního prostřední a budícího systému.
Existuje i verze laseru s pasivním Q-Switch. Primárně se používá pro mikročipový laser, pasivně Q-spínaný pomocí SESAM (Semiconductor Saturable Absorber Mirrors), ale je použitý i levných pevnolátkových zdrojů laserů DPSS (Diode pumping solid state laser). Levá strana laserového krystalu má dielektrický povlak, který slouží jako výstupní spojovací zrcadlo. Typicky SESAM obsahuje polovodičové Braggovo zrcadlo a (v blízkosti povrchu) jedinou vrstvu absorbující "kvantum well". Materiály Braggova zrcadla mají větší energii zakázaného pásu, takže v této oblasti v podstatě nedochází k žádné absorpci. Takové SESAM se někdy také nazývají saturovatelné Braggovy reflektory (SBR). Pro získání velké modulační hloubky, jak je požadováno např. pro pasivní Q přepínání lze použít silnější absorpční vrstvu nebo alternativně více kvantových jamek. Pasivační vrstva na horním povrchu může prodloužit životnost zařízení. Aby toho nebylo málo, tak mohou být rezonanční a nerezonanční SESAM Q-Switche.
Pomůžeme s výběrem vhodného laseru na značení a identifikaci produktů
Nevíte si rady s výběrem laseru? Leonardo technology zákaznická podpora je na telefonním čísle 533 44 55 66. Za dobu 20+ let jsme nainstalovali na 800 laserů SOLARIS do průmyslových provozů a mám zkušenosti o které se s vámi podělíme.
Objevte, jak lasery SOLARIS od Leonardo technology mohou pozitivně transformovat vaše výrobní procesy. Náš profesionální tým laserových odborníků z Leonardo technology je připraven ukázat vám cestu k vyšší efektivitě, nižším nákladům a novým možnostem aplikací laserů ve vaší výrobě.
Více nejen o CO2 o laserech najdete na stránce co2laser.cz
Veškerou nabídku laserů najdete na našem webu.