Introducere și aplicații ale laserelor comune utilizate în mod obișnuit

De la apariția primului laser rubin pulsat în stare solidă, dezvoltarea laserelor a fost foarte rapidă, iar laserele cu diverse materiale de lucru și moduri de operare au continuat să apară. Laserele sunt clasificate în mai multe moduri:

1. În funcție de modul de funcționare, este împărțit în: laser continuu, laser cvasi-continuu, laser cu impuls și laser cu impuls ultrascurt.

Ieșirea laser a laserului continuu este continuă și este utilizată pe scară largă în domeniile tăierii, sudării și placarii cu laser. Caracteristica sa de lucru este că excitarea substanței de lucru și ieșirea laser corespunzătoare pot fi continuate într-o manieră continuă pe o perioadă lungă de timp. Deoarece efectul de supraîncălzire al dispozitivului este adesea inevitabil în timpul funcționării continue, în majoritatea cazurilor trebuie luate măsuri adecvate de răcire.

Laserul cu impulsuri are o putere mare de ieșire și este potrivit pentru marcarea, tăierea, distanțarea cu laser, etc. Caracteristicile sale de lucru includ compresia energiei laser pentru a forma lățime îngustă a impulsului, putere de vârf mare și frecvență de repetiție reglabilă, incluzând în principal comutarea Q, blocarea modului. , MOPA și alte metode. Deoarece efectul de supraîncălzire și efectul de așchiere a marginilor pot fi reduse în mod eficient prin creșterea puterii unui singur impuls, este folosit în cea mai mare parte în procesarea fină.

2. În funcție de banda de lucru, este împărțit în: laser infraroșu, laser cu lumină vizibilă, laser ultraviolet și laser cu raze X.

Laserele cu infraroșu mediu sunt în principal lasere cu CO2 de 10,6 um care sunt utilizate pe scară largă;

Laserele cu infraroșu apropiat sunt utilizate pe scară largă, inclusiv 1064~1070nm în domeniul prelucrării cu laser; 1310 și 1550nm în domeniul comunicațiilor prin fibră optică; 905nm și 1550nm în domeniul lidarului; 878nm, 976nm, etc. pentru aplicații cu pompe;

Deoarece laserele cu lumină vizibilă pot dubla frecvența de la 532nm la 1064nm, laserele verzi de 532nm sunt utilizate pe scară largă în procesarea laserului, aplicații medicale etc.;

Laserele UV includ în principal 355nm și 266nm. Deoarece UV este o sursă de lumină rece, este folosit mai ales în procesarea fină, marcare, aplicații medicale etc.

3. În funcție de mediul de lucru, acesta este împărțit în: laser cu gaz, laser cu fibră, laser solid, laser semiconductor etc.

3.1 Laserele cu gaz includ în principal laserele cu CO2, care folosesc molecule de gaz CO2 ca mediu de lucru. Lungimile lor de undă laser sunt 10,6um și 9,6um.

caracteristica principală:

-Lungimea de undă este potrivită pentru prelucrarea materialelor nemetalice, ceea ce compensează problema că laserele cu fibră nu pot prelucra nemetale și are caracteristici diferite față de prelucrarea cu laser cu fibre în domeniul prelucrării;

-Eficiența conversiei energiei este de aproximativ 20% ~ 25%, puterea de ieșire continuă poate atinge nivelul de 104W, energia de ieșire a impulsului poate atinge nivelul de 104 Jouli, iar lățimea impulsului poate fi comprimată la nivelul de nanosecunde;

-Lungimea de undă este chiar în fereastra atmosferică și este mult mai puțin dăunătoare pentru ochiul uman decât lumina vizibilă și lumina infraroșu de 1064nm.

Este utilizat pe scară largă în procesarea materialelor, comunicații, radar, reacții chimice induse, intervenții chirurgicale etc. Poate fi folosit și pentru reacții termonucleare induse de laser, separarea cu laser a izotopilor și arme cu laser.

3.2 Laserul cu fibră se referă la un laser care utilizează fibră de sticlă dopată cu elemente de pământ rare ca mediu de câștig. Datorită performanței și caracteristicilor sale superioare, precum și avantajelor de cost, este în prezent cel mai utilizat laser. Caracteristicile sunt după cum urmează:

(1) Calitate bună a fasciculului: structura ghidului de undă a fibrei optice determină că laserul cu fibră este ușor de obținut ieșire în mod transversal unic, este puțin afectat de factori externi și poate obține o ieșire laser de înaltă luminozitate.

(2) Laserul de ieșire are multe lungimi de undă: Acest lucru se datorează faptului că nivelurile de energie ale ionilor de pământuri rare sunt foarte bogate și există multe tipuri de ioni de pământuri rare;

(3) Eficiență ridicată: eficiența electro-optică generală a laserelor cu fibră comerciale este de până la 25%, ceea ce este benefic pentru reducerea costurilor, conservarea energiei și protecția mediului.

(4) Caracteristici bune de disipare a căldurii: materialul din sticlă are un raport volum-zonă extrem de scăzut, disipare rapidă a căldurii și pierderi reduse, astfel încât eficiența conversiei este mare și pragul laser este scăzut;

(5) Structură compactă și fiabilitate ridicată: Nu există nicio lentilă optică în cavitatea rezonantă, care are avantajele unei stabilități fără ajustare, fără întreținere și de înaltă stabilitate, care este de neegalat de laserele tradiționale;

(6) Costuri de producție reduse: Fibra optică de sticlă are costuri de producție scăzute, tehnologie matură și avantajele miniaturizării și intensificării aduse de windability a fibrei optice.

Laserele cu fibră au o gamă largă de aplicații, inclusiv comunicații cu fibre laser, comunicații la distanță lungă în spațiu cu laser, construcții navale industriale, producție de automobile, gravare cu laser, marcare cu laser, tăiere cu laser, role de imprimare, apărare și securitate militară, echipamente și echipamente medicale și ca pompe pentru alte lasere Pu Yuan și așa mai departe.

3.3 Mediul de lucru al laserelor cu stare solidă este cristalele izolatoare, care sunt în general excitate prin pompare optică.

Laserele YAG (cristal de granat de ytriu aluminiu dopat cu rubidiu) folosesc în mod obișnuit lămpi de cripton sau xenon ca lămpi de pompă, deoarece doar câteva lungimi de undă specifice ale luminii pompei vor fi absorbite de ionii Nd, iar cea mai mare parte a energiei va fi convertită în energie termică. De obicei, eficiența de conversie a energiei YAG Laser este scăzută. Iar viteza lentă de procesare este înlocuită treptat de lasere cu fibră.

Noul laser cu stare solidă, un laser cu stare solidă de mare putere pompat de un laser semiconductor. Avantajele sunt eficiența ridicată de conversie a energiei, eficiența conversiei electro-optice a laserelor cu semiconductor este de până la 50%, ceea ce este mult mai mare decât cea a lămpilor blitz; căldura reactivă generată în timpul funcționării este mică, temperatura medie este stabilă și poate fi transformată într-un dispozitiv complet întărit, eliminând influența vibrațiilor, iar linia spectrului laser este mai îngustă, o mai bună stabilitate a frecvenței; durată lungă de viață, structură simplă și ușor de utilizat.

Principalul avantaj al laserelor cu stare solidă față de laserele cu fibră este că energia unui singur impuls este mai mare. În combinație cu modularea impulsului ultra-scurt, puterea continuă este în general peste 100W, iar puterea impulsului de vârf poate fi de până la 109W. Cu toate acestea, deoarece prepararea mediului de lucru este mai complicată, este mai scumpă.

Lungimea de undă principală este de 1064 nm în infraroșu apropiat, iar laserul cu stare solidă de 532 nm, laserul cu stare solidă de 355 nm și laserul cu stare solidă de 266 nm pot fi obținute prin dublarea frecvenței.

3.4 Laserul semiconductor, cunoscut și sub numele de diodă laser, este un laser care utilizează materiale semiconductoare ca substanță de lucru.

Laserele semiconductoare nu necesită structuri complexe cu cavități rezonante, deci sunt foarte potrivite pentru miniaturizare și nevoi ușoare. Rata sa de conversie fotoelectrică este mare, durata de viață lungă și nu necesită întreținere. Este adesea folosit în indicare, afișare, comunicare și alte ocazii. De asemenea, este adesea folosit ca sursă de pompă pentru alte lasere. Diodele laser, pointerii laser și alte produse familiare folosesc toate lasere cu semiconductor.