Quelle est la différence entre le laser à fibre et le laser à diode ?

Lasers à fibreetLasers à diodessont deux types courants de lasers, et ils diffèrent par leur structure, leurs performances, etc. Les lasers à fibre et les lasers à diode sont largement utilisés dans les domaines de l'industrie moderne, de la médecine et de la recherche scientifique. Les deux technologies laser utilisent des fibres de verre ou des matériaux semi-conducteurs dopés aux éléments de terres rares comme support de gain pour produire des lasers de différentes longueurs d'onde et puissances.

Le laser à fibre est une technologie laser solide qui utilise de la fibre de verre dopée avec des éléments de terres rares tels que l'erbium, l'ytterbium et le néodyme comme milieu actif. Le faisceau de ce laser est généré à l'intérieur de la fibre optique puis transmis à travers la fibre flexible, offrant ainsi une excellente qualité et stabilité du faisceau. Un rendement élevé et une excellente qualité de faisceau sont les principaux avantages des lasers à fibre, ce qui les rend largement utilisés dans les communications laser à fibre, les communications laser longue distance dans l'espace, la construction navale industrielle, la fabrication automobile, la gravure laser, le marquage laser, la découpe laser, les rouleaux d'impression, le métal et applications non métalliques. Il est largement utilisé dans de nombreux domaines tels que le perçage/découpe/soudage des métaux.

Les lasers à diode sont des dispositifs laser à semi-conducteurs basés sur des matériaux semi-conducteurs. Leur principe de fonctionnement repose principalement sur la fonction de jonction pn et d'injection de courant. Par rapport aux lasers à fibre, les lasers à diode ont une plage de puissance de sortie plus petite, mais leur plage de longueurs d'onde plus large permet une plus grande flexibilité. En outre, les lasers à diode sont également largement utilisés dans des domaines tels que les communications et la transmission de données, l'impression et la gravure, l'affichage et l'éclairage.

La différence entre les lasers à fibre et les lasers à diode
1. Principe de fonctionnement
Les lasers à fibre transmettent de l'énergie à travers les fibres optiques et génèrent de la lumière laser dans les fibres optiques. Sa qualité de sortie laser est élevée, la qualité du faisceau est bonne, la puissance est élevée et la conception du système de dissipation thermique est relativement complexe.
Les lasers à diode convertissent l'énergie électrique en énergie lumineuse grâce à des matériaux semi-conducteurs. Leur longueur d’onde de sortie est unique et la qualité du faisceau est médiocre, mais ils présentent l’avantage d’être abordables et faciles à utiliser.
2. Structure
La structure du laser à fibre est complexe, comprenant la fibre, la source de lumière de pompe, le système de refroidissement, etc.
La structure d'une diode laser est relativement simple, comprenant principalement une diode, une cavité externe, une source de lumière de pompe, etc. Les lasers à fibre sont généralement volumineux en termes de taille et de poids, tandis que les lasers à diode sont plus petits et plus légers.
3.Performances
Les lasers à fibre présentent les caractéristiques d’une puissance élevée, d’un rendement élevé et de faisceaux de haute qualité. Leurs longueurs d'onde de sortie couvrent une large plage et ont une bonne qualité de spot. Ils conviennent à la fabrication, à la recherche scientifique et à d’autres domaines.
Les lasers à diode conviennent principalement à certaines applications conventionnelles, telles que les communications par fibre optique, l'impression laser, la photothérapie, etc. Les lasers à diode sont bon marché, faciles à utiliser et conviennent à certaines organisations ou individus disposant d'un budget inférieur.

Comparaison des fonctionnalités
A. Puissance de sortie
Les lasers à fibre ont généralement une large plage de puissance de sortie, allant de quelques centaines de watts à plusieurs kilowatts. Par exemple, les lasers à fibre continue haute puissance d'IPG peuvent fournir des puissances de sortie allant de 1 kW à plus de 100 kW. De plus, les lasers à fibre ont une large plage de longueurs d'onde de fonctionnement, peuvent choisir un mode unique ou multimode et ont des diodes de pompe à haute stabilité et longue durée de vie.

Quant aux lasers à diode, leur plage de puissance de sortie est généralement inférieure, allant de quelques watts à des centaines de watts. En effet, le matériau de travail de la diode laser est un matériau semi-conducteur et le nombre de photons générés par sa transition de niveau d'énergie est relativement faible, de sorte que la puissance de sortie est relativement faible. Cependant, les lasers à diode présentent les avantages d’une grande variété de longueurs d’onde, d’une petite taille et d’un rendement élevé, ils présentent donc toujours des avantages uniques dans certaines applications spécifiques.
B. Plage de longueurs d'onde
La plage de longueurs d'onde des lasers à fibre dépend principalement du milieu de gain utilisé. Par exemple, le spectre d'absorption de la fibre dopée à l'ytterbium (YDF) va de 900 nm à 1 000 nm, avec deux forts pics d'absorption à 915 nm et 976 nm. Par conséquent, la longueur d’onde de sortie des lasers à fibre dopée à l’ytterbium se situe généralement dans la région du proche infrarouge, comme la bande de 1 µm.

La gamme de longueurs d’onde des lasers à diode est relativement large, de la lumière visible à la lumière proche infrarouge. La longueur d'onde spécifique dépend de différents matériaux semi-conducteurs et conceptions structurelles. Par exemple, les lasers à semi-conducteurs utilisant différents matériaux peuvent produire des lasers avec différentes longueurs d'onde telles que 800 nm, 940 nm, 1 310 nm et 1 480 nm.
C. Qualité du faisceau
Les lasers à fibre ont généralement une qualité de faisceau très élevée et peuvent produire des faisceaux presque limités par la diffraction. Plus précisément, le paramètre clé de la qualité de son faisceau est le BPP (Beam-parameter product), qui peut affecter directement la qualité de l'usinage de précision et du macro-usinage. Par exemple, il peut être utilisé pour couper, souder ou traiter divers matériaux, notamment des feuilles minces et des métaux réfléchissants. De plus, en raison de leur densité de puissance élevée, les lasers à fibre permettent un traitement plus rapide et une productivité accrue.

La qualité du faisceau des lasers à diode dépend du type spécifique. Le cas le plus simple est un VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), qui émet généralement un faisceau avec une qualité de faisceau élevée, une divergence de faisceau modérée, aucun astigmatisme et une distribution d'intensité circulaire. Cependant, si une simple lentille sphérique est utilisée, l’efficacité du couplage est considérablement réduite en raison de l’ellipticité du faisceau. Un autre exemple sont les petites diodes laser à émission par les bords, qui émettent également dans un seul mode spatial et permettent donc en principe également un couplage efficace aux fibres monomodes.
D. Efficacité et consommation d'énergie
Les lasers à fibre ont une excellente efficacité de conversion électro-optique et peuvent convertir une plus grande proportion de l’énergie électrique d’entrée en sortie laser. Cela est principalement dû à la structure particulière de son milieu de gain, c'est-à-dire une fibre dopée à l'ytterbium. De plus, les lasers à fibre ont une excellente qualité de faisceau, produisant des faisceaux presque limités par diffraction, ce qui se traduit par une précision et des capacités de traitement améliorées. La densité de puissance élevée des lasers à fibre permet un traitement rapide et une productivité accrue.

Quant aux lasers à diodes, leur efficacité et leur consommation d'énergie varient en fonction du type spécifique. Par exemple, les VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers) peuvent émettre des faisceaux avec une qualité de faisceau élevée, une divergence modérée, sans astigmatisme et une distribution d'intensité circulaire. Cependant, si une simple lentille sphérique est utilisée pour le couplage, l’efficacité du couplage peut être considérablement réduite en raison de l’ellipticité du faisceau. Comme pour les petites diodes laser à émission par les bords, cette diode émet également dans un seul mode spatial, permettant ainsi en principe également un couplage efficace aux fibres monomodes. En général, les lasers à fibre et les lasers à diode ont leurs propres avantages et valeurs d'application. Pour les exigences d'application spécifiques, le type de laser le plus approprié doit être sélectionné en fonction de la situation spécifique.

Application
A. Domaines d'application des lasers à fibre
Les lasers à fibre sont utilisés dans un large éventail d'applications, notamment la transformation et la fabrication industrielles, les industries médicales et cosmétiques, ainsi que la recherche scientifique et les applications militaires. Dans le domaine industriel, différents types de lasers à fibre ont des applications typiques différentes. Par exemple, il peut être utilisé pour les communications laser par fibre optique, les communications spatiales laser longue distance, la construction navale industrielle, la fabrication automobile, la gravure laser, le marquage laser, la découpe laser, les rouleaux d'impression, le perçage/découpe/soudage de métaux et non métalliques (tels que comme le soudage du cuivre, la trempe, le bardage et le soudage en profondeur), la défense et la sécurité militaires, les équipements et équipements médicaux et les infrastructures à grande échelle. De plus, les lasers à fibre peuvent également être utilisés comme sources de pompage pour d'autres lasers.
B. Domaines d'application des lasers à diode
En tant que laser utilisant des matériaux semi-conducteurs comme substances de travail, les lasers à diode ont un large éventail d'applications. En termes de communication et de transmission de données, il peut être utilisé dans la construction de systèmes de communication optique et directement utilisé comme source de lumière pour convertir l'énergie électrique en laser. En outre, l’impression et la gravure constituent également des domaines d’application importants. Les lasers à diode sont également largement utilisés dans les domaines de l'affichage et de l'éclairage, principalement en raison de leur petite taille, de leur rendement élevé et de leur longue durée de vie.

Différences et caractéristiques des lasers à fibre et des lasers à diode
Les principales différences et caractéristiques des lasers à fibre et des lasers à diode peuvent être comparées en termes de qualité du faisceau laser, de source de lumière, d'efficacité de découpe, de modules laser, de maintenance du système et de puissance de sortie.

Les lasers à fibre utilisent des fibres de verre dopées aux éléments de terres rares comme milieu de gain, qui peuvent être développées sur la base d'amplificateurs à fibre pour former une densité de puissance élevée, provoquant une « inversion du nombre de particules » du niveau d'énergie laser du matériau de travail du laser. Lorsqu'une boucle de rétroaction positive est ajoutée de manière appropriée (constituant une cavité résonante), elle peut former une sortie d'oscillation laser. Par conséquent, il a une puissance moyenne élevée et un fort effet thermique, et est largement utilisé dans la découpe, le soudage, le perçage, le frittage de matériaux métalliques, etc. dans le domaine du macro-traitement.

Les lasers à diode présentent les caractéristiques d'une puissance de crête élevée, d'un faible effet thermique et d'une précision de traitement élevée. Ils sont généralement utilisés dans le domaine du micro-usinage fin de matériaux fins, cassants et de matériaux non métalliques. Le cas le plus simple est un VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), qui émet généralement un faisceau avec une qualité de faisceau élevée, une divergence de faisceau modérée, aucun astigmatisme et une distribution d'intensité circulaire. Si une simple lentille sphérique est utilisée, l’efficacité du couplage est considérablement réduite en raison de l’ellipticité du faisceau. De plus, les lasers à diode présentent certains problèmes tels que l'astigmatisme à la sortie, en particulier les diodes à gain guidé, qui peuvent être compensés par des lentilles cylindriques faibles supplémentaires.

Dans l’ensemble, le choix du type de technologie laser dépend des besoins et des scénarios spécifiques de l’application.

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