Tecnologia brevettata per il controllo di fenomeni non lineari
Tecnosens distribuisce sul mercato europeo le sorgenti laser in fibra Fujikura. Una delle ultime innovazioni in questo senso è la tecnologia brevettata che sopprime la generazione del fenomeno di SRS, pur mantenendo un’elevata qualità del fascio laser fibra e garantendo elevata stabilità di potenza ottica emessa.
di Marta Bonaria
Superato il preconcetto per cui maggiore potenza sia sinonimo di risultato migliore, la richiesta del mercato si sta orientando verso soluzioni che garantiscano stabilità e qualità nelle lavorazioni. Dal lato produttore di macchine e integratore, questa esigenza si traduce nel bisogno pratico di disporre di sorgenti laser che garantiscano stabilità della potenza ottica emessa. Perché questo tema è attuale? La risposta sta nella necessità dei produttori di sorgenti laser di limitare all’interno del circuito ottico, che comprende anche la fibra di consegna, fenomeni non lineari che causano instabilità nell’emissione laser e, nel peggiore dei casi, danni allo stesso generatore. Il più comune tra i fenomeni non lineari è il cosiddetto Stimulated Raman Scattering (SRS), risultante dall’interazione del fascio laser con gli atomi della fibra ottica, che assorbono parte dell’energia della luce che si propaga nella stessa, riemettendola ad una lunghezza d’onda superiore. Durante la propagazione nella fibra di consegna, la componente dovuta alla SRS guadagna potenza in modo esponenziale, “rubando” energia al fascio primario e alterando la potenza ottica emessa alla lunghezza d’onda di lavoro.
Uno dei momenti più critici durante la lavorazione è il processo di sfondamento del materiale (piercing), durante il quale, soprattutto nell’interazione con materiali altamente riflettenti, la luce emessa dal laser viene parzialmente riflessa e in piccola parte riesce a entrare nuovamente nella fibra di consegna (fenomeno detto di back-reflection). Tale energia riflessa include le lunghezze d’onda della SRS, che una volta all’interno della fibra di consegna viene amplificata a spese della potenza ottica disponibile, determinando quindi instabilità nell’emissione alla lunghezza d’onda di lavoro. Inoltre, mentre nel processo di retro propagazione, la parte di luce alla lunghezza d’onda fondamentale viene naturalmente bloccata, mentre quella a lunghezza d’onda maggiore passa quasi indisturbata nel circuito ottico, raggiungendo anche le parti più sensibili, come i led di pompaggio ottico che, se non protetti da appositi filtri, possono essere danneggiati.
La letteratura scientifica propone diversi metodi per limitare i danni legati alla propagazione nella fibra di consegna dell’SRS. Per quanto note e molto semplici da comprendere, queste soluzioni sono in realtà di difficile realizzazione, per questo i produttori di laser in fibra cercano di tamponare il problema limitando la lunghezza delle fibre di consegna o aggiungendo filtri nel circuito ottico che vanno a ostacolare parzialmente la propagazione di questa radiazione nella sorgente laser. Questa soluzione protegge i diodi di pompaggio da un eventuale danno, ma non risolve il problema della stabilità della potenza ottica emessa.
Una soluzione brevettata
Grazie alla sua pluriennale esperienza nella produzione di fibre ottiche, che conferma la multinazionale tra i leader mondiali del settore, Fujikura ha brevettato una tecnologia in grado di sopprimere la generazione del fenomeno di SRS, pur mantenendo un’elevata qualità del fascio laser. La soluzione consiste nella progettazione e nella produzione di fibre ottiche drogate con indice di rifrazione del nucleo “modellato” ad hoc per limitare la generazione di fenomeni non lineari come la SRS. Questo garantisce la produzione di sorgenti laser in fibra con elevata stabilità di potenza ottica emessa e qualità costante nel fascio senza limiti applicativi. In particolare, nelle applicazioni di saldatura queste caratteristiche permettono una maggiore flessibilità nella scelta dei parametri, anche con lavorazioni a 90 gradi su materiali altamente riflettenti quali rame, argento e alluminio senza porre vincoli al regime di saldatura (keyhole o conduzione).
La storia di Tecnosens comincia nel 1994, quando inizia a occuparsi di sensori; da allora l’azienda bresciana è cresciuta. Nel 1998 Tecnosens inizia la collaborazione con Fujikura per quanto riguarda la distribuzione dei sensori di pressione mems su silicio e dei sensori di ossigeno all’ossido di zirconio. Nel 2019 viene ultimata la realizzazione del laboratorio laser, cuore tecnologico dell’European Engineering Centre creato in collaborazione con Fujikura per la promozione e il supporto delle tecnologie laser in fibra per l’area EMEA. L’operatività del laboratorio, equipaggiato con varie sorgenti laser a onda continua, una macchina CNC a doppio asse Z, postazioni di test per laser impulsati e attrezzature per analisi metallografiche, viene rafforzata con l’ampliamento dello staff dedicato di tecnici e fisici.