MOPA-лазер: что это и чем отличается от Q-switch по длительности импульса, частоте и пиковой мощности

Что отличается в импульсе

Импульсный волоконный лазер даёт серию коротких вспышек, и у каждой вспышки три характеристики: длительность, частота повторения и энергия. В источнике Q-switch эти величины связаны конструкцией. Например, по паспорту Raycus RFL-P20QS средняя мощность 20 Вт, частота 30–60 кГц, длительность импульса 120–150 нс, максимальная энергия 0,66 мДж. Длительность там почти не двигается, поэтому оператор управляет только мощностью, скоростью и частотой в узком диапазоне.

В MOPA (master oscillator power amplifier) задающий генератор и усилитель разделены, и длительность импульса задаётся отдельным параметром. По страницам производителей, у JPT M7 мощностью 20–100 Вт длительность 2–500 нс, частота 1–4000 кГц, а максимальная энергия импульса по моделям 1–2 мДж. У MOPA-серии Raycus заявлены те же 2–500 нс, частота 1–2000 кГц и пиковая мощность до 15 кВт.

Данные таблицы взяты со страниц производителей на октябрь 2026 года. У разных серий одного производителя цифры отличаются, поэтому перед покупкой смотрите паспорт конкретной модели.

Три режима на одной мощности

Две формулы из статьи о глубокой гравировке работают и здесь. Энергия импульса E (мДж) равна средней мощности P (Вт), делённой на частоту f (кГц). Пиковую мощность можно оценить как E, делённую на длительность импульса τ. Это грубая оценка: реальная форма импульса не прямоугольная, но порядок величины верный.

Возьмём источник на 20 Вт и посчитаем три режима. Первый примерно повторяет Q-switch, а два других на Q-switch недоступны.

Во втором режиме импульсы примерно в семь раз слабее, а их примерно в семь раз больше, и металл прогревается ровно, без выбивания материала. В третьем импульс короткий, и тепло не успевает уйти вглубь, поэтому метка получается тонкой и чистой. Расчёт показывает и ограничение: на коротких импульсах энергия упирается в предел пиковой мощности. У источника с потолком 15 кВт при 20 нс энергия не поднимется выше 0,3 мДж, а значит, 30 Вт средней мощности там получится только при частоте от 100 кГц.

Что даёт MOPA

Цвет на нержавейке. Цвета возникают из тонкой оксидной плёнки, толщина которой зависит от прогрева. Нужна точная доза тепла на каждой точке, и подбирают её длительностью, частотой и перекрытием импульсов. Перекрытие считают просто: шаг между соседними импульсами равен скорости, делённой на частоту. При 300 мм/с и 200 кГц это 1,5 мкм, то есть пятно диаметром в десятки микрон перекрывается многократно. JPT среди применений серии M7 прямо указывает окрашивание нержавеющей стали и титана.

Чёрная и белая метка по алюминию. На анодированном алюминии лазер снимает или перестраивает окрашенный слой. Telesis, производитель маркировочного оборудования, пишет, что MOPA даёт и «яркую белую», и «насыщенную чёрную» метку за счёт подбора энергии и длительности импульса. Магазин JPT Laser Shop добавляет, что на Q-switch результат ограничен, а у MOPA есть цвет на нержавейке, чёрный и белый по анодированному алюминию и контрастный пластик.

Пластики. Короткий импульс с высокой частотой греет поверхность слабо и не прожигает её. У пластика жёсткие требования к дозе: небольшой перегрев даёт пузыри и оплавленный край. Для прозрачных и чувствительных полимеров всё же лучше подходит ультрафиолет, подробности в статье об UV-маркере.

Тестовая матрица для цвета

Режимы цвета зависят от конкретного источника, линзы и партии стали, поэтому их подбирают матрицей. Стартовые диапазоны для JPT M7 приводит продавец настольных маркеров ComMarker: золотисто-бронзовые тона при 50–100 нс, 200–400 кГц, 200–400 мм/с и шаге заливки 0,05–0,08 мм; для чёрного и тёмно-серого 100–200 нс, 20–50 кГц. Это ориентир продавца, а не паспорт, и на вашем станке цвета сместятся.

Пример матрицы для нержавеющей стали AISI 304: квадраты 5×5 мм, один проход, шаг заливки 0,05 мм, скорость 300 мм/с. По вертикали меняют длительность (50, 100, 150 нс), по горизонтали частоту (200, 300, 400 кГц), мощность оставляют на 50 %. Получается девять квадратов на одном образце. Тот квадрат, который понравился, повторяют со сдвигом мощности на 5 %, затем записывают режим в карточку материала. О том, как собрать такую таблицу в программе, рассказано в статье про EzCad.

Где Q-switch не хуже

Pryor Technology пишет прямо: если вы маркируете нержавейку серийными номерами в один цвет, чёрный или серый, стандартный волоконный лазер делает это надёжно, и базовый DataMatrix на конструкционной или инструментальной стали тоже ему по силам. Telesis относит к сильным сторонам обычного волокна глубокую гравировку и серийные партии с однородной контрастной маркировкой. Объясняется это энергией: у Q-switch в каждом импульсе она высокая при умеренной частоте, и для съёма металла этого достаточно, а для глубины важна энергия, а не гибкость длительности.

Если в мастерской нужен только металл и один цвет метки, лишние деньги за MOPA не окупятся. Сколько именно вернётся доплата, считали в статье о выборе маркера под бизнес.

На что смотреть при выборе

Первое, что стоит проверить, это диапазон длительности и частоты в паспорте: у источников встречаются версии с урезанным диапазоном. Второе, поддерживает ли связка контроллера и программы управление длительностью импульса: это нужно уточнить у продавца до покупки. Третье, мощность: для цвета хватает 20–30 Вт, а для глубокой гравировки полезны 50–100 Вт.

В настольных маркерах MOPA обычно выбирается отдельным исполнением. Например, на странице модели FL TT производитель Wattsan указывает источники JPT (MOPA), IPG, MAX и Raycus и пишет, что MOPA JPT даёт цветную маркировку металла, контрастную маркировку пластика и чёрную маркировку алюминия. Исполнение с MOPA в линейке — FL TT JPT M7, а версия на Q-switch для металла — FL TT. В классе настольных маркеров 200×200 мм есть и Zerder Ray на Q-switch источнике. Сравнение моделей по методике — в рейтинге волоконных маркеров.