Wprowadzenie i zastosowania powszechnie stosowanych laserów głównego nurtu

Od czasu pojawienia się pierwszego pulsacyjnego lasera rubinowego na ciele stałym rozwój laserów był bardzo szybki i nadal pojawiały się lasery o różnych materiałach roboczych i trybach pracy. Lasery dzieli się na różne sposoby:

1. Ze względu na tryb pracy dzieli się go na: laser ciągły, laser quasi-ciągły, laser impulsowy i laser o ultrakrótkim impulsie.

Moc lasera ciągłego jest ciągła i jest szeroko stosowana w dziedzinie cięcia laserowego, spawania i napawania. Jego cechą roboczą jest to, że wzbudzenie substancji roboczej i odpowiadająca jej moc lasera może być kontynuowane w sposób ciągły przez długi okres czasu. Ponieważ podczas ciągłej pracy często nie można uniknąć przegrzania urządzenia, w większości przypadków należy podjąć odpowiednie środki chłodzące.

Laser impulsowy ma dużą moc wyjściową i nadaje się do znakowania laserowego, cięcia, wyznaczania odległości itp. Jego charakterystyka robocza obejmuje kompresję energii lasera w celu utworzenia wąskiej szerokości impulsu, wysoką moc szczytową i regulowaną częstotliwość powtarzania, obejmującą głównie przełączanie Q i blokowanie trybu , MOPA i inne metody. Ponieważ efekt przegrzania i efekt odpryskiwania krawędzi można skutecznie zmniejszyć poprzez zwiększenie mocy pojedynczego impulsu, jest on najczęściej stosowany w obróbce precyzyjnej.

2. Ze względu na pasmo robocze dzieli się je na: laser podczerwony, laser światła widzialnego, laser ultrafioletowy i laser rentgenowski.

Lasery średniej podczerwieni to głównie szeroko stosowane lasery CO2 o średnicy 10,6 um;

Lasery bliskiej podczerwieni są szeroko stosowane, w tym 1064 ~ 1070 nm w dziedzinie obróbki laserowej; 1310 i 1550nm w zakresie komunikacji światłowodowej; 905nm i 1550nm w zakresie pomiaru lidarowego; 878 nm, 976 nm itp. do zastosowań pompowych;

Ponieważ lasery światła widzialnego mogą podwoić częstotliwość w zakresie od 532 nm do 1064 nm, zielone lasery 532 nm są szeroko stosowane w obróbce laserowej, zastosowaniach medycznych itp.;

Lasery UV obejmują głównie 355 nm i 266 nm. Ponieważ promieniowanie UV jest źródłem zimnego światła, stosuje się je głównie w precyzyjnej obróbce, znakowaniu, zastosowaniach medycznych itp.

3. Według medium roboczego dzieli się na: laser gazowy, laser światłowodowy, laser stały, laser półprzewodnikowy itp.

3.1 Do laserów gazowych zaliczają się głównie lasery CO2, które jako medium robocze wykorzystują cząsteczki gazu CO2. Ich długość fali lasera wynosi 10,6 um i 9,6 um.

główna cecha:

-Długość fali jest odpowiednia do obróbki materiałów niemetalowych, co rekompensuje problem polegający na tym, że lasery światłowodowe nie mogą przetwarzać niemetali i ma inną charakterystykę niż obróbka laserem światłowodowym w polu przetwarzania;

-Efektywność konwersji energii wynosi około 20% ~ 25%, ciągła moc wyjściowa może osiągnąć poziom 104 W, energia wyjściowa impulsu może osiągnąć poziom 104 dżuli, a szerokość impulsu można skompresować do poziomu nanosekund;

-Długość fali znajduje się dokładnie w oknie atmosferycznym i jest znacznie mniej szkodliwa dla ludzkiego oka niż światło widzialne i światło podczerwone o długości 1064 nm.

Jest szeroko stosowany w przetwarzaniu materiałów, komunikacji, radarach, indukowanych reakcjach chemicznych, chirurgii itp. Może być również stosowany do indukowanych laserem reakcji termojądrowych, laserowej separacji izotopów i broni laserowej.

3.2 Laser światłowodowy oznacza laser wykorzystujący włókno szklane domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich jako ośrodek wzmacniający. Ze względu na doskonałą wydajność i właściwości, a także przewagę kosztową, jest to obecnie najczęściej używany laser. Funkcje są następujące:

(1) Dobra jakość wiązki: Struktura falowodu światłowodu sprawia, że ​​laser światłowodowy można łatwo uzyskać w trybie pojedynczego przejścia poprzecznego, czynniki zewnętrzne mają niewielki wpływ i mogą osiągnąć moc lasera o wysokiej jasności.

(2) Laser wyjściowy ma wiele długości fal: Dzieje się tak dlatego, że poziomy energii jonów metali ziem rzadkich są bardzo bogate i istnieje wiele rodzajów jonów metali ziem rzadkich;

(3) Wysoka wydajność: Ogólna wydajność elektrooptyczna komercyjnych laserów światłowodowych wynosi aż 25%, co jest korzystne z punktu widzenia redukcji kosztów, oszczędzania energii i ochrony środowiska.

(4) Dobra charakterystyka rozpraszania ciepła: materiał szklany ma wyjątkowo niski stosunek objętości do powierzchni, szybkie rozpraszanie ciepła i niskie straty, dzięki czemu wydajność konwersji jest wysoka, a próg lasera jest niski;

(5) Zwarta konstrukcja i wysoka niezawodność: we wnęce rezonansowej nie ma soczewki optycznej, która ma zalety polegające na braku regulacji, bezobsługowości i wysokiej stabilności, której nie mają sobie równych tradycyjne lasery;

(6) Niski koszt produkcji: Szklany światłowód ma niski koszt produkcji, dojrzałą technologię i zalety miniaturyzacji i intensyfikacji wynikające z zwijalności światłowodu.

Lasery światłowodowe mają szeroki zakres zastosowań, w tym laserową komunikację światłowodową, laserową komunikację na duże odległości w przestrzeni kosmicznej, przemysłowy przemysł stoczniowy, produkcję samochodów, grawerowanie laserowe, znakowanie laserowe, cięcie laserowe, wałki drukarskie, obronę i bezpieczeństwo wojskowe, sprzęt i sprzęt medyczny oraz jako pompy do innych laserów Pu Yuan i tak dalej.

3.3 Medium roboczym laserów na ciele stałym są kryształy izolacyjne, które są zwykle wzbudzane poprzez pompowanie optyczne.

Lasery YAG (kryształ granatu itrowo-aluminiowego domieszkowany rubidem) powszechnie wykorzystują lampy kryptonowe lub ksenonowe jako lampy pompujące, ponieważ tylko kilka określonych długości fal światła pompy zostanie pochłoniętych przez jony Nd, a większość energii zostanie zamieniona na energię cieplną. Zwykle wydajność konwersji energii lasera YAG jest niska. A powolna prędkość przetwarzania jest stopniowo zastępowana przez lasery światłowodowe.

Nowy laser na ciele stałym, laser na ciele stałym o dużej mocy pompowany laserem półprzewodnikowym. Zaletami są wysoka wydajność konwersji energii, sprawność konwersji elektrooptycznej laserów półprzewodnikowych sięga aż 50%, czyli znacznie więcej niż w przypadku lamp błyskowych; ciepło reaktywne powstające podczas pracy jest niewielkie, temperatura medium jest stabilna i można z niego wykonać w pełni utwardzone urządzenie, eliminując wpływ wibracji, a linia widma lasera jest węższa, lepsza stabilność częstotliwości; długa żywotność, prosta konstrukcja i łatwość użycia.

Główną zaletą laserów na ciele stałym w porównaniu z laserami światłowodowymi jest to, że energia pojedynczego impulsu jest wyższa. W połączeniu z modulacją ultrakrótkiego impulsu, moc ciągła zwykle przekracza 100 W, a szczytowa moc impulsu może sięgać nawet 109 W. Ponieważ jednak przygotowanie czynnika roboczego jest bardziej skomplikowane, jest ono droższe.

Główna długość fali wynosi 1064 nm w bliskiej podczerwieni, a laser na ciele stałym 532 nm, laser na ciele stałym 355 nm i laser na ciele stałym 266 nm można uzyskać poprzez podwojenie częstotliwości.

3.4 Laser półprzewodnikowy, znany również jako dioda laserowa, to laser wykorzystujący materiały półprzewodnikowe jako substancję roboczą.

Lasery półprzewodnikowe nie wymagają skomplikowanych struktur wnękowych rezonansowych, dlatego doskonale nadają się do miniaturyzacji i lekkich zastosowań. Jego współczynnik konwersji fotoelektrycznej jest wysoki, jego żywotność jest długa i nie wymaga konserwacji. Jest często używany do wskazywania, wyświetlania, komunikacji i innych okazji. Jest również często używany jako źródło pompy dla innych laserów. Diody laserowe, wskaźniki laserowe i inne znane produkty wykorzystują lasery półprzewodnikowe.