Úvod a aplikácie bežne používaných mainstreamových laserov

Od nástupu prvého pevnolátkového pulzného rubínového lasera bol vývoj laserov veľmi rýchly a stále sa objavovali lasery s rôznymi pracovnými materiálmi a prevádzkovými režimami. Lasery sú klasifikované rôznymi spôsobmi:

1. Podľa prevádzkového režimu sa delí na: kontinuálny laser, kvázi kontinuálny laser, pulzný laser a ultrakrátky pulzný laser.

Laserový výstup kontinuálneho lasera je kontinuálny a je široko používaný v oblastiach laserového rezania, zvárania a plátovania. Jeho pracovnou charakteristikou je, že excitácia pracovnej látky a zodpovedajúci výstup lasera môžu pokračovať nepretržite počas dlhého časového obdobia. Vzhľadom na to, že počas nepretržitej prevádzky sa často nedá zabrániť prehrievaniu zariadenia, musia sa vo väčšine prípadov prijať vhodné opatrenia na chladenie.

Pulzný laser má veľký výstupný výkon a je vhodný na laserové značenie, rezanie, škálovanie atď. Medzi jeho pracovné vlastnosti patrí kompresia laserovej energie na vytvorenie úzkej šírky impulzu, vysoký špičkový výkon a nastaviteľná opakovacia frekvencia, hlavne vrátane Q-switchingu, uzamknutia režimu , MOPA a ďalšie metódy. Pretože efekt prehrievania a efekt odlamovania hrán možno efektívne znížiť zvýšením výkonu jedného impulzu, väčšinou sa používa pri jemnom spracovaní.

2. Podľa pracovného pásma sa delí na: infračervený laser, viditeľný svetelný laser, ultrafialový laser a röntgenový laser.

Stredne infračervené lasery sú hlavne 10,6um CO2 lasery, ktoré sú široko používané;

Blízke infračervené lasery sú široko používané, vrátane 1064 ~ 1070 nm v oblasti laserového spracovania; 1310 a 1550nm v oblasti komunikácie s optickými vláknami; 905nm a 1550nm v oblasti rozsahu lidaru; 878nm, 976nm atď. pre čerpacie aplikácie;

Pretože lasery viditeľného svetla môžu zdvojnásobiť frekvenciu 532 nm až 1064 nm, 532 nm zelené lasery sú široko používané v laserovom spracovaní, medicínskych aplikáciách atď.;

UV lasery zahŕňajú hlavne 355nm a 266nm. Keďže UV je zdroj studeného svetla, väčšinou sa používa pri jemnom spracovaní, označovaní, lekárskych aplikáciách atď.

3. Podľa pracovného média sa delí na: plynový laser, vláknový laser, pevný laser, polovodičový laser atď.

3.1 Medzi plynové lasery patria najmä CO2 lasery, ktoré využívajú molekuly plynu CO2 ako pracovné médium. Ich laserové vlnové dĺžky sú 10,6 um a 9,6 um.

Hlavná prednosť:

-Vlnová dĺžka je vhodná na spracovanie nekovových materiálov, čo kompenzuje problém, že vláknové lasery nedokážu spracovať nekovy a má odlišné vlastnosti od spracovania vláknovým laserom v oblasti spracovania;

- Účinnosť premeny energie je asi 20% ~ 25%, nepretržitý výstupný výkon môže dosiahnuť úroveň 104 W, výstupná energia impulzu môže dosiahnuť úroveň 104 Joulov a šírka impulzu môže byť stlačená na úroveň nanosekúnd;

-Vlnová dĺžka je priamo v atmosférickom okne a je oveľa menej škodlivá pre ľudské oko ako viditeľné svetlo a 1064nm infračervené svetlo.

Je široko používaný pri spracovaní materiálov, komunikáciách, radaroch, indukovaných chemických reakciách, chirurgii atď. Môže byť tiež použitý pre laserom indukované termonukleárne reakcie, laserovú separáciu izotopov a laserové zbrane.

3.2 Vláknový laser označuje laser, ktorý využíva ako médium zisku sklenené vlákno dopované prvkami vzácnych zemín. Vďaka svojmu vynikajúcemu výkonu a vlastnostiam, ako aj cenovým výhodám je v súčasnosti najpoužívanejším laserom. Vlastnosti sú nasledovné:

(1) Dobrá kvalita lúča: Štruktúra vlnovodu optického vlákna určuje, že vláknový laser je ľahko dosiahnuteľný v jednom priečnom režime, je málo ovplyvnený vonkajšími faktormi a môže dosiahnuť laserový výstup s vysokým jasom.

(2) Výstupný laser má mnoho vlnových dĺžok: Je to preto, že energetické hladiny iónov vzácnych zemín sú veľmi bohaté a existuje veľa druhov iónov vzácnych zemín;

(3) Vysoká účinnosť: Celková elektrooptická účinnosť komerčných vláknových laserov je až 25%, čo je prospešné pre zníženie nákladov, úsporu energie a ochranu životného prostredia.

(4) Dobré charakteristiky rozptylu tepla: sklenený materiál má extrémne nízky pomer objemu k ploche, rýchly odvod tepla a nízke straty, takže účinnosť konverzie je vysoká a prah lasera je nízky;

(5) Kompaktná štruktúra a vysoká spoľahlivosť: V rezonančnej dutine nie je žiadna optická šošovka, ktorá má výhody bez nastavovania, údržby a vysokej stability, ktorá je neporovnateľná s tradičnými lasermi;

(6) Nízke výrobné náklady: Sklenené optické vlákno má nízke výrobné náklady, vyspelú technológiu a výhody miniaturizácie a intenzifikácie, ktoré prináša navíjateľnosť optického vlákna.

Vláknové lasery majú širokú škálu aplikácií vrátane laserovej vláknovej komunikácie, laserovej vesmírnej komunikácie na veľké vzdialenosti, priemyselnej stavby lodí, výroby automobilov, laserového gravírovania, laserového značenia, laserového rezania, tlačových valcov, vojenskej obrany a bezpečnosti, lekárskeho vybavenia a vybavenia a ako čerpadlá pre iné lasery Pu Yuan a tak ďalej.

3.3 Pracovným médiom pevnolátkových laserov sú izolačné kryštály, ktoré sú vo všeobecnosti excitované optickým čerpaním.

YAG lasery (kryštál ytria hliníkového granátu dopovaného rubídiom) bežne používajú kryptónové alebo xenónové výbojky ako výbojky, pretože iba niekoľko špecifických vlnových dĺžok svetla pumpy bude absorbovaných Nd iónmi a väčšina energie sa premení na tepelnú energiu. Účinnosť premeny energie YAG lasera je zvyčajne nízka. A pomalú rýchlosť spracovania postupne nahrádzajú vláknové lasery.

Nový pevnolátkový laser, vysokovýkonný pevnolátkový laser čerpaný polovodičovým laserom. Výhodou je vysoká účinnosť premeny energie, účinnosť elektro-optickej konverzie polovodičových laserov je až 50 %, čo je oveľa viac ako u zábleskových lámp; reaktívne teplo generované počas prevádzky je malé, teplota média je stabilná a dá sa z neho vyrobiť úplne vytvrdené zariadenie, ktoré eliminuje vplyv vibrácií a čiara laserového spektra je užšia, lepšia frekvenčná stabilita; dlhá životnosť, jednoduchá konštrukcia a jednoduché použitie.

Hlavnou výhodou pevnolátkových laserov oproti vláknovým laserom je vyššia energia jedného impulzu. V kombinácii s ultrakrátkou pulznou moduláciou je trvalý výkon vo všeobecnosti nad 100 W a špičkový pulzný výkon môže byť až 109 W. Pretože je však príprava pracovného média zložitejšia, je drahšia.

Hlavná vlnová dĺžka je 1064nm blízko infračerveného žiarenia a 532nm pevnolátkový laser, 355nm pevnolátkový laser a 266nm pevnolátkový laser možno získať zdvojnásobením frekvencie.

3.4 Polovodičový laser, známy aj ako laserová dióda, je laser, ktorý využíva ako svoju pracovnú látku polovodičové materiály.

Polovodičové lasery nevyžadujú zložité štruktúry rezonančných dutín, takže sú veľmi vhodné pre potreby miniaturizácie a nízkej hmotnosti. Jeho miera fotoelektrickej konverzie je vysoká, životnosť je dlhá a nevyžaduje údržbu. Často sa používa pri ukazovaní, zobrazovaní, určovaní rozsahu komunikácie a iných príležitostiach. Často sa používa aj ako zdroj pumpy pre iné lasery. Laserové diódy, laserové ukazovátka a ďalšie známe produkty používajú polovodičové lasery.