Úvod a aplikace běžně používaných mainstreamových laserů

Od příchodu prvního pevnolátkového pulzního rubínového laseru byl vývoj laserů velmi rychlý a stále se objevovaly lasery s různými pracovními materiály a provozními režimy. Lasery jsou klasifikovány různými způsoby:

1. Podle provozního režimu se dělí na: kontinuální laser, kvazikontinuální laser, pulzní laser a ultrakrátkopulzní laser.

Laserový výstup kontinuálního laseru je kontinuální a je široce používán v oblastech laserového řezání, svařování a plátování. Jeho pracovní charakteristikou je, že buzení pracovní látky a odpovídající výstup laseru může pokračovat kontinuálně po dlouhou dobu. Protože je při nepřetržitém provozu často nevyhnutelný účinek přehřátí zařízení, musí být ve většině případů přijata vhodná opatření k chlazení.

Pulzní laser má velký výstupní výkon a je vhodný pro laserové značení, řezání, rozsah atd. Mezi jeho pracovní vlastnosti patří komprese laserové energie pro vytvoření úzké šířky pulsu, vysoký špičkový výkon a nastavitelná opakovací frekvence, hlavně včetně Q-přepínání, zamykání režimu , MOPA a další metody. Protože efekt přehřátí a efekt odlamování hran lze účinně snížit zvýšením výkonu jednoho pulzu, používá se většinou při jemném zpracování.

2. Podle pracovního pásma se dělí na: infračervený laser, laser viditelného světla, ultrafialový laser a rentgenový laser.

Středně infračervené lasery jsou hlavně 10,6um CO2 lasery, které jsou široce používané;

Blízké infračervené lasery jsou široce používány, včetně 1064~1070nm v oblasti laserového zpracování; 1310 a 1550nm v oblasti komunikace optických vláken; 905nm a 1550nm v oblasti lidarového rozsahu; 878nm, 976nm atd. pro aplikace čerpadel;

Protože lasery ve viditelném světle mohou zdvojnásobit frekvenci 532nm až 1064nm, 532nm zelené lasery jsou široce používány v laserovém zpracování, lékařských aplikacích atd.;

UV lasery zahrnují především 355nm a 266nm. Protože UV je zdroj studeného světla, používá se většinou při jemném zpracování, značení, lékařských aplikacích atd.

3. Podle pracovního média se dělí na: plynový laser, vláknový laser, pevný laser, polovodičový laser atd.

3.1 Mezi plynové lasery patří především CO2 lasery, které využívají jako pracovní médium molekuly plynu CO2. Jejich vlnové délky laseru jsou 10,6 um a 9,6 um.

hlavní rys:

-Vlnová délka je vhodná pro zpracování nekovových materiálů, což kompenzuje problém, že vláknové lasery nemohou zpracovávat nekovy a má odlišné vlastnosti od zpracování vláknovým laserem v oblasti zpracování;

-Účinnost přeměny energie je asi 20%~25%, trvalý výstupní výkon může dosáhnout úrovně 104W, výstupní energie pulzu může dosáhnout úrovně 104 Joulů a šířka pulzu může být stlačena na úroveň nanosekund;

-Vlnová délka je přímo v atmosférickém okně a je mnohem méně škodlivá pro lidské oko než viditelné světlo a 1064nm infračervené světlo.

Je široce používán při zpracování materiálů, komunikacích, radarech, indukovaných chemických reakcích, chirurgii atd. Může být také použit pro laserem indukované termonukleární reakce, laserovou separaci izotopů a laserové zbraně.

3.2 Vláknový laser označuje laser, který jako médium zisku používá skleněné vlákno dopované prvky vzácných zemin. Díky svému vynikajícímu výkonu a vlastnostem a také cenovým výhodám je v současnosti nejrozšířenějším laserem. Vlastnosti jsou následující:

(1) Dobrá kvalita paprsku: Struktura vlnovodu optického vlákna určuje, že vláknový laser lze snadno získat výstup v jediném příčném režimu, je málo ovlivněn vnějšími faktory a může dosáhnout laserového výstupu s vysokým jasem.

(2) Výstupní laser má mnoho vlnových délek: Je to proto, že energetické hladiny iontů vzácných zemin jsou velmi bohaté a existuje mnoho typů iontů vzácných zemin;

(3) Vysoká účinnost: Celková elektrooptická účinnost komerčních vláknových laserů je až 25 %, což je výhodné pro snížení nákladů, úsporu energie a ochranu životního prostředí.

(4) Dobré vlastnosti rozptylu tepla: skleněný materiál má extrémně nízký poměr objemu k ploše, rychlý odvod tepla a nízké ztráty, takže účinnost konverze je vysoká a práh laseru je nízký;

(5) Kompaktní struktura a vysoká spolehlivost: V rezonanční dutině není žádná optická čočka, která má výhody bez nutnosti nastavení, bezúdržbovosti a vysoké stability, které se tradiční lasery nevyrovnají;

(6) Nízké výrobní náklady: Skleněné optické vlákno má nízké výrobní náklady, vyspělou technologii a výhody miniaturizace a intenzifikace způsobené navíjitelností optického vlákna.

Vláknové lasery mají širokou škálu aplikací, včetně laserové vláknové komunikace, laserové vesmírné komunikace na dlouhé vzdálenosti, průmyslové stavby lodí, výroby automobilů, laserového gravírování, laserového značení, laserového řezání, tiskových válců, vojenské obrany a bezpečnosti, lékařského vybavení a vybavení a jako čerpadla pro jiné lasery Pu Yuan a tak dále.

3.3 Pracovním prostředím pevnolátkových laserů jsou izolační krystaly, které jsou obecně buzeny optickým čerpáním.

YAG lasery (krystal yttrium-hliník granátový rubidiem dopovaný) běžně používají kryptonové nebo xenonové výbojky jako výbojky, protože pouze několik specifických vlnových délek světla vývěvy bude absorbováno Nd ionty a většina energie se přemění na tepelnou energii. Účinnost přeměny energie YAG laseru je obvykle nízká. A pomalou rychlost zpracování postupně nahrazují vláknové lasery.

Nový pevnolátkový laser, vysoce výkonný pevnolátkový laser čerpaný polovodičovým laserem. Výhodou je vysoká účinnost přeměny energie, účinnost elektro-optické přeměny polovodičových laserů je až 50 %, což je mnohem více než u zábleskových lamp; reaktivní teplo generované během provozu je malé, teplota média je stabilní a lze z něj vyrobit plně vytvrzené zařízení, které eliminuje vliv vibrací a linie laserového spektra je užší, lepší frekvenční stabilita; dlouhá životnost, jednoduchá konstrukce a snadné použití.

Hlavní výhodou pevnolátkových laserů oproti vláknovým laserům je vyšší energie jednoho pulzu. V kombinaci s ultrakrátkou pulzní modulací je trvalý výkon obecně nad 100 W a špičkový pulzní výkon může být až 109 W. Protože je však příprava pracovního média složitější, je dražší.

Hlavní vlnová délka je 1064nm blízké infračervené záření a 532nm pevnolátkový laser, 355nm pevnolátkový laser a 266nm pevnolátkový laser lze získat zdvojením frekvence.

3.4 Polovodičový laser, také známý jako laserová dioda, je laser, který využívá jako pracovní látku polovodičové materiály.

Polovodičové lasery nevyžadují složité struktury rezonančních dutin, takže jsou velmi vhodné pro potřeby miniaturizace a nízké hmotnosti. Jeho rychlost fotoelektrické konverze je vysoká, jeho životnost je dlouhá a nevyžaduje údržbu. Často se používá při ukazování, zobrazování, komunikaci a dalších příležitostech. Často se také používá jako zdroj pumpy pro jiné lasery. Laserové diody, laserová ukazovátka a další známé produkty všechny používají polovodičové lasery.