6 najczęstszych typów generatorów laserowych

Technologia laserowa została zintegrowana z codziennym życiem współczesnego świata. Różne rodzaje generatorów laserowych działają na różnych długościach fal, wykazują różne cechy i dlatego są wykorzystywane do różnych celów. 

W zależności od użytego medium, generatory laserowe dzielą się na sześć typów: stałe, gazowe, barwnikowe, diodowe, światłowodowe i generatory laserowe na swobodnych elektronach. Wśród nich istnieje wiele podziałów laserów stałych i gazowych. Poza laserami na swobodnych elektronach większość metod generowania laserów opiera się na tym samym mechanizmie, opartym na takich komponentach, jak źródło pompujące, rezonator optyczny i ośrodek wzmocnienia. 

W tym artykule znajdziesz opis najpopularniejszych typów generatorów laserowych, ich funkcji i zastosowań.

Generator laserowy w stanie stałym 

W generatorach laserowych ciała stałego światło jest zazwyczaj używane jako źródło pompowania, a kryształ lub szkło są używane do generowania światła laserowego. Materiał składa się z matrycy i aktywowanego jonu. Materiał matrycy zapewnia środowisko dla aktywowanego jonu w celu generowania lasera. Powszechnie stosowane aktywowane jony to głównie jony metali przejściowych, takie jak jony chromu, kobaltu i niklu, oraz jony metali ziem rzadkich, takie jak jony neodymu. Lustra pokryte filmami dielektrycznymi są używane jako lustra rezonatorowe, w tym pełne lustro i pół lustra. Dzięki połączeniu różnych aktywowanych jonów i materiałów matrycy oraz długości fal wzbudzenia światła emitowane są lasery o różnych długościach fal. 

Długość fali lasera wyjściowa generatora lasera rubinowego wynosi 694.3 nm, a współczynnik konwersji fotoelektrycznej wynosi zaledwie 0.1%. Jednak jego żywotność fluorescencyjna jest długa, co sprzyja magazynowaniu energii, i może on generować wysoką moc szczytową impulsu. Laser generowany przez pręt rubinowy o grubości rdzenia długopisu i długiej wiązce może łatwo przebić blachę żelazną. Przed pojawieniem się bardziej wydajnych systemów laserowych YAG, systemy laserów rubinowych były szeroko stosowane w cięciu i wierceniu. Ponadto światło o długości 694 nm jest łatwo absorbowane przez melaninę, więc lasery rubinowe są również stosowane w leczeniu zmian pigmentacyjnych (plam skórnych). 

Generator laserowy Ti:Sapphire ma szeroki zakres długości fal od 660 nm do 1200 nm. W przypadku użycia technologii podwajania częstotliwości (która może podwoić częstotliwość światła, czyli zmniejszyć długość fali o połowę), zakres długości fal można rozszerzyć do 330 nm-600 nm. Systemy laserowe z tytanu i szafiru są stosowane w spektroskopii femtosekundowej, badaniach optyki nieliniowej, generowaniu światła białego, generowaniu fal terahercowych itp., a także mają zastosowanie w kosmetyce medycznej. 

YAG to skrót od yttrium aluminum granat, który jest obecnie najdoskonalszą matrycą kryształu laserowego. Po domieszkowaniu neodymem (Nd) może emitować światło o długości 1064 nm, a maksymalna ciągła moc wyjściowa może osiągnąć 1000 W. Na początku jako źródło pompujące stosowano lampę błyskową z gazem obojętnym, ale metoda pompowania lampą błyskową ma szeroki zakres widmowy, słabą koincydencję z widmem absorpcyjnym ośrodka wzmocnienia i duże obciążenie cieplne, co skutkuje niską szybkością konwersji fotoelektrycznej. Wykorzystując pompowanie diodą laserową (LD), system może wytwarzać światło laserowe o wysokiej wydajności, dużej mocy i długiej żywotności. 

Generatory laserowe Nd:YAG mogą być stosowane w leczeniu naczyniaków i hamują wzrost guza. Jednak termiczne uszkodzenie tkanki jest nieselektywne. Podczas koagulacji naczyń krwionośnych guza, nadmiar energii uszkodzi również otaczającą normalną tkankę i łatwo jest pozostawić blizny po zabiegu. Dlatego laser Nd:YAG jest najczęściej stosowany w chirurgii, ginekologii, laryngologii i rzadziej w dermatologii. 

Yb:YAG, iterb (Yb) jest domieszkowany do YAG, który może emitować światło o długości 1030 nm. Długość fali pompującej Yb:YAG wynosi 941 nm, co jest bardzo zbliżone do długości fali wyjściowej, co pozwala osiągnąć wydajność kwantową pompy na poziomie 91.4%. Oznacza to, że większość energii wejściowej jest przekształcana w energię wyjściową, podczas gdy tylko niewielka część energii zamienia się w ciepło. Ciepło generowane przez pompę jest tłumione do 10%, co stanowi stosunkowo niski procent w porównaniu z Nd:YAG, który traci 25% do 30% energii w postaci ciepła. Yb:YAG stał się jednym z najbardziej atrakcyjnych półprzewodnikowych mediów laserowych, a generatory laserowe półprzewodnikowe Yb:YAG o dużej mocy pompowane LD stały się nowym gorącym punktem badań, z potencjałem wysokowydajnych, półprzewodnikowych generatorów laserowych o dużej mocy. 

Oprócz powyższych dwóch, YAG może być domieszkowany holmem (Ho), erbem (Er) i wieloma innymi pierwiastkami. Ho:YAG produkuje bezpieczne dla oczu lasery 2097 nm i 2091 nm, głównie do komunikacji optycznej, radarów i zastosowań medycznych. Er:YAG emituje światło o długości fali 2.9 μm, a ludzkie ciało ma wysoki współczynnik absorpcji tej długości fali, więc ma duży potencjał do wykorzystania w chirurgii laserowej i chirurgii naczyniowej. 

Generator lasera gazowego 

Generatory laserów gazowych to systemy laserowe, które wykorzystują gaz jako medium wzmacniające, zazwyczaj pompując wyładowania gazowe. Rodzaje gazu obejmują gaz atomowy (hel-neon, jon gazu szlachetnego i parę metalu), gaz cząsteczkowy (azot i dwutlenek węgla) i gaz excimerowy. Są one zazwyczaj wytwarzane w reakcjach chemicznych. 

Generator lasera HeNe (HeNe) wykorzystuje mieszankę 75% lub więcej He i 15% lub mniej Ne jako medium wzmacniające. W zależności od środowiska pracy może emitować zielone (543.5 nm), żółte (594.1 nm), pomarańczowe (612.0 nm), czerwone (632.8 nm) i trzy rodzaje światła bliskiej podczerwieni (1152 nm, 1523 nm i 3391 nm), z których czerwone światło (632.8 nm) jest najczęściej używane. Wiązka wyjściowa generatora lasera HeNe ma rozkład Gaussa, a jakość wiązki jest bardzo stabilna. Chociaż moc nie jest wysoka, ma dobrą wydajność w dziedzinie precyzyjnych pomiarów. 

Powszechne generatory laserowe na gazy szlachetne działają z jonami argonu (Ar+) i jonami kryptonu (Kr+). Współczynnik konwersji energii może osiągnąć do 0.6%, a moc wyjściowa może być nieprzerwanie i stabilnie 30-50 W przez długi czas, a żywotność przekracza 1000 godzin. Ten typ lasera jest głównie stosowany w wyświetlaczach laserowych, spektroskopii Ramana, holografii, optyce nieliniowej i innych dziedzinach badań, a także w diagnostyce medycznej, separacji kolorów w druku, metrologii przetwarzania materiałów i przetwarzaniu informacji. 

Generatory laserowe na parę metalu działają z parą metalu. Na przykład generator laserowy na parę miedzi głównie emituje zielone światło (510.5 nm) i żółte światło (578.2 nm), które może osiągnąć średnią moc 100 W i moc szczytową 100 kW. Jego głównym zastosowaniem jest źródło pompujące generatorów laserów barwnikowych. Ponadto może być również używany do fotografii z szybką lampą błyskową, telewizorów projekcyjnych na dużych ekranach i obróbki materiałów. 

Generator lasera molekularnego azotu wykorzystuje azot jako medium wzmacniające, które może emitować światło ultrafioletowe o długości fali 337.1 nm, 357.7 nm i 315.9 nm, a moc szczytowa może osiągnąć 45 kW. Może być używany jako źródło światła pompującego do generatorów laserów barwnikowych organicznych i jest również szeroko stosowany w laserowej separacji izotopów, diagnostyce fluorescencji, fotografii ultraszybkiej, wykrywaniu zanieczyszczeń, opiece medycznej i zdrowotnej oraz hodowli rolniczej. Ponieważ jego krótka długość fali jest łatwiejsza do skupienia w celu uzyskania małej plamki, może być również używany do przetwarzania komponentów submikronowych. 

Medium wzmacniające używane w generatorze lasera CO2 to dwutlenek węgla zmieszany z helem i azotem, który może emitować światło dalekiej podczerwieni skupione na długościach fal 9.6 μm i 10.6 μm. Generator ma wysoki współczynnik konwersji energii, moc wyjściowa może wynosić od kilku watów do dziesiątek tysięcy watów, a niezwykle wysoka jakość wiązki sprawia, że ​​generator lasera CO2 jest szeroko stosowany w obróbce materiałów, badaniach naukowych, obronie narodowej i medycynie. 

Ekscymery to niestabilne cząsteczki wypełnione mieszaninami różnych gazów szlachetnych i gazu halogenowego w rezonatorze, aby generować lasery o różnych długościach fal. Wzbudzenie jest zwykle osiągane za pomocą relatywistycznych wiązek elektronów (energia większa niż 200 keV) lub przez poprzeczne szybkie wyładowania impulsowe. Gdy niestabilne wiązania cząsteczkowe wzbudzonego stanu ekscymeru zostaną zerwane i rozłożone na atomy stanu podstawowego, energia wzbudzonego stanu jest uwalniana w postaci promieniowania laserowego. Jest szeroko stosowany w medycynie, komunikacji optycznej, wyświetlaczach półprzewodnikowych, teledetekcji, broni laserowej i innych dziedzinach. 

Generator lasera chemicznego to specjalny rodzaj systemu lasera gazowego, który wykorzystuje energię uwalnianą przez reakcje chemiczne do realizacji inwersji liczby cząstek. Większość z nich działa w trybie przejścia molekularnego, a typowy zakres długości fal mieści się w zakresie widma bliskiej podczerwieni do średniej podczerwieni. Najważniejsze z nich to urządzenia z fluorkiem wodoru (HF) i fluorkiem deuteru (DF). Pierwsze z nich może wyprowadzić ponad 15 linii widmowych między 2.6 a 3.3 mikrona; drugie ma około 25 linii widmowych między 3.5 a 4.2 mikrona. Oba urządzenia są obecnie zdolne do wyprowadzania wielu megawatów. Ze względu na swoją ogromną energię jest powszechnie stosowany w inżynierii jądrowej i w wojsku. 

Generator lasera barwnikowego 

Generatory laserów barwnikowych wykorzystują organiczny barwnik jako medium laserowe, zwykle roztwór cieczy. Generatory laserów barwnikowych mogą być generalnie używane w szerszym zakresie długości fal niż gazowe i stałe media laserowe. Ich szerokie pasmo sprawia, że ​​są szczególnie odpowiednie do strojonych i impulsowych generatorów laserowych. Jednak ze względu na krótki czas życia medium i ograniczoną moc wyjściową są one zasadniczo zastępowane przez strojone długością fali lasery półprzewodnikowe, takie jak tytanowo-szafirowe. 

Generator lasera diodowego 

Generator lasera diodowego to system laserowy, który wykorzystuje materiały półprzewodnikowe jako medium. Istnieją trzy tryby wzbudzenia: wtrysk elektryczny, wzbudzenie wiązką elektronów i pompowanie optyczne. Ze względu na niewielkie rozmiary, niską cenę, wysoką wydajność, długą żywotność i niskie zużycie energii, może być stosowany w informacji elektronicznej, drukowaniu laserowym, wskaźnikach laserowych, komunikacji optycznej, telewizji laserowej, małych projektorach laserowych, informacji elektronicznej, zintegrowanej optyce i innych dziedzinach. 

Generator lasera światłowodowego

Generator lasera światłowodowego to rodzaj systemu laserowego, który wykorzystuje włókno szklane domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich jako medium wzmacniające. Może być stosowany do drukowania rolek, wiercenia metali i niemetali, cięcia, spawania (lutowania, hartowania w wodzie, powlekania i głębokiego spawania), w wojsku, obronie i bezpieczeństwie, sprzęcie medycznym, infrastrukturze na dużą skalę oraz jako pompa do innych źródeł laserowych. 

Generator lasera na wolne elektrony 

Generator lasera na swobodnych elektronach to nowy typ wysokoenergetycznego źródła spójnego promieniowania, różniący się od tradycyjnych generatorów laserowych. Nie potrzebuje gazu, cieczy ani ciała stałego jako medium, ale bezpośrednio przekształca energię kinetyczną wysokoenergetycznej wiązki elektronów w spójną energię promieniowania. Dlatego też można również uznać, że substancją roboczą generatora lasera na swobodnych elektronach są swobodne elektrony. Posiada on szereg doskonałych cech, takich jak wysoka moc, wysoka wydajność, szeroki zakres strojenia długości fali i struktura czasowa ultrakrótkich impulsów. Poza nim nie ma żadnego generatora laserowego, który mógłby mieć te cechy jednocześnie. Ma on znaczne perspektywy w dziedzinach badań fizycznych, broni laserowej, fuzji laserowej, fotochemii i komunikacji optycznej.

Źródło z Stylcnc

Zastrzeżenie: Informacje podane powyżej są dostarczane przez Stylecnc niezależnie od Chovm.com. Chovm.com nie składa żadnych oświadczeń ani gwarancji co do jakości i niezawodności sprzedawcy i produktów.