¿Qué son los Láseres de Fibra?
Los láseres de fibra son una tecnología avanzada que utiliza una fibra óptica como medio láser.
Se utiliza una fibra óptica dopada con elementos de tierras raras como medio láser y es capaz de oscilar a una longitud de onda fundamental de 1030-1070 nm. Los láseres de fibra están disponibles en dos tipos de oscilación: de onda continua (CW, Continuous Waves) y de onda pulsada. La oscilación continua tiene un alto rendimiento y, por tanto, se utiliza principalmente en procesos de soldadura y corte, mientras que la oscilación pulsada tiene un bajo rendimiento y, por tanto, es adecuada para el marcado y la microfabricación.
Los láseres de fibra se caracterizan por ser más eficaces, compactos y fáciles de mantener que los láseres convencionales de estado sólido y de gas. También tienen la ventaja de que la energía se transmite a través de una fibra óptica, lo que se traduce en una baja pérdida de luz y una alta potencia de salida.
Usos de los Láseres de Fibra
Las principales aplicaciones de los láseres de fibra son la soldadura, el corte, el marcado y la fusión. Los materiales altamente reflectantes y difíciles de procesar, como el aluminio, el cobre y el latón, pueden procesarse eficazmente con láseres de fibra.
Los láseres de fibra tienen una gran calidad de haz y se enfocan fácilmente con lentes, lo que permite conseguir diámetros de punto pequeños. Los láseres de fibra de oscilación pulsada también son adecuados para el marcado y pueden utilizarse en una gran variedad de materiales, como metales, plásticos y resinas.
Uno de los principales atractivos de los láseres de fibra es que pueden utilizarse para una amplia variedad de métodos de marcado, como la impresión en piezas y la impresión de códigos de barras. En concreto, existe una gran variedad de métodos de marcado, como la perforación profunda, el marcado en negro, el marcado en blanco y el pelado de capas superficiales.
Principio de los Láseres de Fibra
Los láseres constan de un resonador, un medio láser, una fuente de excitación y un espejo de resonancia, que pueden clasificarse a grandes rasgos en función del medio láser. Existen dos tipos de láseres: los láseres gaseosos, que utilizan un gas como medio, y los láseres de estado sólido, que utilizan cristales.
Los láseres de fibra utilizan una fibra óptica como medio láser. El núcleo se denomina fibra de doble revestimiento dopada con elementos de tierras raras. La parte interior de la fibra se denomina primer revestimiento y la exterior segundo revestimiento, y la luz excitada por el LD se refleja en el límite entre ambos.
A medida que la luz de excitación se refleja repetidamente, es absorbida por el núcleo, donde tiene lugar la emisión inducida. Se colocan espejos de resonancia en ambos extremos de la fibra, y se emite una luz suficientemente amplificada. La estructura del oscilador de un láser de fibra difiere en función del método de oscilación.
1. Onda Continua (CW)
En los láseres de fibra de onda continua, la luz procedente del LD de bombeo llega al resonador a través de un combinador de bombeo. Lo característico en este caso es que se utilizan rejillas de fibra de Bragg (Fiber Bragg Grating) en lugar de espejos de resonancia.
La luz amplificada se transmite a través de la fibra de salida. Al no haber espejos en el resonador, no hay necesidad de ajuste óptico, lo que reduce el tiempo y los costes de mantenimiento.
2. Oscilación Pulsada
Una estructura de láser de fibra de oscilación pulsada es el tipo MOPA (Master Oscillator Power Amplifier). En este tipo, la luz semilla (seed light) LD es pulsada por un generador de pulsos y la luz es amplificada en dos etapas a través de un amplificador de fibra óptica.
El tipo MOPA tiene la característica de que la anchura del pulso y la frecuencia de repetición pueden ajustarse, ya que están controladas por el generador de pulsos.
Más Información sobre los Láseres de Fibra
1. Diferencias entre Láseres de Fibra y Láseres de CO2
Los láseres de fibra no requieren los mismos costes eléctricos para la preparación y refrigeración de la descarga que los láseres de CO2. Según las estimaciones habituales, por ejemplo, los láseres de CO2 consumen más de 20 KW de electricidad incluso en modo de espera. Con un láser de fibra, esto puede reducirse a menos de 5 KW y aproximadamente un 25% menos de consumo eléctrico.
El gas láser necesario para los láseres de CO2 no es necesario para los láseres de fibra. Además, el sistema óptico de un láser de CO2 es complejo y los costes de mantenimiento son elevados durante muchos años de uso. El principio del láser de fibra, que enfoca la luz sobre una fibra, permite acortar los tiempos de procesamiento del láser gracias a su alta eficiencia de conversión.
En comparación con los láseres de CO2, pueden cortar aproximadamente cinco veces más rápido. Por otro lado, las máquinas de procesamiento de los láseres de fibra sigue siendo caro, ya que requieren un costo de inversión inicial de aproximadamente el doble. Además, al cortar metales gruesos, es difícil obtener una superficie de corte limpia porque la captación de luz es demasiado buena.
2. Soldadura con Láseres de Fibra
En los últimos años, los láseres de fibra han atraído más atención para la soldadura de metales que los láseres de CO2 utilizados convencionalmente. La razón de ello es la mayor eficacia luminosa del láser en comparación con los láseres de CO2, lo que se espera que redunde en menores costes de funcionamiento. Otra razón es que la luz se puede confinar y concentrar en una fibra y aumentar la potencia de emisión, por lo que se pueden soldar metales distintos, gruesos, etc. en un tiempo relativamente corto.
Los láseres de fibra han sufrido durante mucho tiempo el problema de las salpicaduras, es decir, los restos de metal esparcidos durante la soldadura, pero esto se está solucionando ahora gracias a las recientes mejoras en la tecnología de procesamiento láser, que ha llevado al desarrollo de una tecnología para irradiar láseres de potencia relativamente baja en las proximidades del haz enfocado.
3. Precio de los Láseres de Fibra
El precio de los láseres de fibra suele ser muy económico para la fuente de luz en sí. Sin embargo, cuando se trata de equipos de procesamiento láser, no es raro que el precio sea de varios miles de dólares o más, dependiendo en gran medida de las especificaciones.