6 loại máy phát laser phổ biến nhất

Công nghệ laser đã được tích hợp vào cuộc sống hàng ngày của thế giới hiện đại. Các loại máy phát laser khác nhau hoạt động ở các bước sóng khác nhau, hiển thị các đặc điểm khác nhau và do đó được sử dụng cho các mục đích khác nhau. 

Tùy thuộc vào môi trường sử dụng, máy phát laser được chia thành sáu loại: máy phát laser trạng thái rắn, khí, thuốc nhuộm, diode, sợi và electron tự do. Trong số đó, có nhiều phân nhóm laser trạng thái rắn và laser khí. Ngoại trừ laser electron tự do, hầu hết các phương pháp tạo laser đều dựa trên cùng một cơ chế, dựa trên các thành phần như nguồn bơm, bộ cộng hưởng quang và môi trường khuếch đại. 

Bài viết này sẽ hướng dẫn bạn các loại máy phát laser phổ biến nhất, tính năng và ứng dụng của chúng.

Máy phát laser trạng thái rắn 

Trong máy phát laser thể rắn, ánh sáng thường được sử dụng làm nguồn bơm và tinh thể hoặc thủy tinh được sử dụng để tạo ra ánh sáng laser. Vật liệu bao gồm một ma trận và một ion hoạt hóa. Vật liệu ma trận cung cấp môi trường để ion hoạt hóa tạo ra laser. Các ion hoạt hóa thường được sử dụng chủ yếu là các ion kim loại chuyển tiếp, chẳng hạn như các ion crom, coban và niken, và các ion kim loại đất hiếm, chẳng hạn như các ion neodymium. Các gương được phủ màng điện môi được sử dụng làm gương cộng hưởng, bao gồm gương toàn phần và gương nửa phần. Với sự kết hợp của các ion hoạt hóa và vật liệu ma trận khác nhau và các bước sóng kích thích ánh sáng, các tia laser có nhiều bước sóng khác nhau được phát ra. 

Bước sóng laser đầu ra của máy phát laser ruby ​​là 694.3nm và tỷ lệ chuyển đổi quang điện thấp tới 0.1%. Tuy nhiên, tuổi thọ huỳnh quang của nó dài, có lợi cho việc lưu trữ năng lượng và nó có thể tạo ra công suất đỉnh xung cao. Tia laser được tạo ra bởi một thanh ruby ​​có độ dày bằng lõi bút và chùm tia dài có thể dễ dàng xuyên qua một tấm sắt. Trước khi xuất hiện các hệ thống laser YAG hiệu quả hơn, các hệ thống laser ruby ​​đã được sử dụng rộng rãi trong cắt và khoan. Ngoài ra, ánh sáng 694nm dễ bị melanin hấp thụ, vì vậy laser ruby ​​cũng được sử dụng trong điều trị các tổn thương sắc tố (đốm da). 

Máy phát laser Ti:Sapphire có phạm vi bước sóng có thể điều chỉnh rộng từ 660nm đến 1200nm. Khi sử dụng với công nghệ nhân đôi tần số (có thể nhân đôi tần số ánh sáng, tức là giảm một nửa bước sóng), phạm vi bước sóng có thể mở rộng đến 330nm-600nm. Hệ thống laser sapphire titan được sử dụng trong quang phổ femto giây, nghiên cứu quang học phi tuyến tính, tạo ra ánh sáng trắng, tạo ra sóng terahertz, v.v. và cũng có ứng dụng trong thẩm mỹ y tế. 

YAG là từ viết tắt của yttrium aluminum garnet, là ma trận tinh thể laser tuyệt vời nhất hiện nay. Sau khi được pha tạp neodymium (Nd), nó có thể phát ra ánh sáng 1064nm và công suất đầu ra liên tục tối đa có thể đạt tới 1000w. Vào những ngày đầu, đèn flash khí trơ được sử dụng làm nguồn bơm, nhưng phương pháp bơm đèn flash có dải quang phổ rộng, sự trùng hợp kém với quang phổ hấp thụ của môi trường khuếch đại và tải nhiệt lớn, dẫn đến tỷ lệ chuyển đổi quang điện thấp. Sử dụng bơm diode laser (LD), hệ thống có thể tạo ra ánh sáng laser với hiệu suất cao, công suất cao và tuổi thọ cao. 

Máy phát laser Nd:YAG có thể được sử dụng trong điều trị u máu và ức chế sự phát triển của khối u. Tuy nhiên, tổn thương nhiệt đối với mô là không chọn lọc. Trong khi đông tụ các mạch máu của khối u, năng lượng dư thừa cũng sẽ làm tổn thương các mô bình thường xung quanh và dễ để lại sẹo sau phẫu thuật. Do đó, laser Nd:YAG chủ yếu được sử dụng trong phẫu thuật, phụ khoa, tai mũi họng và ít được sử dụng trong da liễu. 

Yb:YAG, Ytterbium (Yb) được pha tạp vào YAG, có thể phát ra ánh sáng 1030nm. Bước sóng bơm của Yb:YAG là 941nm, rất gần với bước sóng đầu ra, có thể đạt hiệu suất lượng tử bơm là 91.4%. Điều đó có nghĩa là hầu hết năng lượng đầu vào được chuyển đổi thành năng lượng đầu ra trong khi chỉ một phần nhỏ năng lượng chuyển thành nhiệt. Nhiệt sinh ra bởi bơm bị ức chế trong vòng 10%, một tỷ lệ tương đối thấp so với Nd:YAG, mất 25% đến 30% năng lượng dưới dạng nhiệt. Yb:YAG đã trở thành một trong những môi trường laser thể rắn hấp dẫn nhất và máy phát laser thể rắn Yb:YAG công suất cao được bơm LD đã trở thành một điểm nóng nghiên cứu mới, với tiềm năng cho máy phát laser thể rắn hiệu suất cao, công suất cao. 

Ngoài hai loại trên, YAG có thể được pha tạp với holmium (Ho), erbium (Er) và nhiều nguyên tố khác. Ho:YAG tạo ra tia laser 2097nm và 2091nm an toàn cho mắt, chủ yếu dùng cho truyền thông quang học, radar và ứng dụng y tế. Er:YAG phát ra ánh sáng 2.9 μm và cơ thể con người có tỷ lệ hấp thụ bước sóng này cao, do đó có tiềm năng lớn để sử dụng cho phẫu thuật laser và phẫu thuật mạch máu. 

Máy phát laser khí 

Máy phát laser khí là hệ thống laser sử dụng khí làm môi trường khuếch đại, thường là bơm khí thải. Các loại khí bao gồm khí nguyên tử (heli-neon, ion khí hiếm và hơi kim loại), khí phân tử (nitơ và cacbon dioxit) và khí excimer. Chúng thường được tạo ra trong các phản ứng hóa học. 

Máy phát laser HeNe (HeNe) sử dụng hỗn hợp 75% hoặc nhiều hơn He và 15% hoặc ít hơn Ne làm môi trường khuếch đại. Tùy thuộc vào môi trường làm việc, nó có thể phát ra màu xanh lá cây (543.5nm), vàng (594.1nm), cam (612.0nm), đỏ (632.8nm) và ba loại ánh sáng cận hồng ngoại (1152nm, 1523nm và 3391nm), trong đó ánh sáng đỏ (632.8nm) là loại được sử dụng phổ biến nhất. Đầu ra chùm tia của máy phát laser HeNe có phân phối chuẩn Gauss và chất lượng chùm tia rất ổn định. Mặc dù công suất không cao nhưng nó có hiệu suất tốt trong lĩnh vực đo lường chính xác. 

Máy phát laser khí hiếm thông thường hoạt động với ion argon (Ar+) và ion krypton (Kr+). Tỷ lệ chuyển đổi năng lượng của nó có thể đạt tới 0.6% và có thể liên tục và ổn định công suất đầu ra 30-50w trong thời gian dài và tuổi thọ của nó vượt quá 1000 giờ. Loại laser này chủ yếu được sử dụng trong màn hình laser, quang phổ Raman, ảnh ba chiều, quang học phi tuyến tính và các lĩnh vực nghiên cứu khác, cũng như chẩn đoán y tế, tách màu in, xử lý vật liệu đo lường và xử lý thông tin. 

Máy phát laser hơi kim loại hoạt động với hơi kim loại. Ví dụ, máy phát laser hơi đồng chủ yếu phát ra ánh sáng xanh lục (510.5nm) và ánh sáng vàng (578.2nm), có thể đạt công suất trung bình 100w và công suất cực đại 100kw. Ứng dụng chính của nó là nguồn bơm của máy phát laser nhuộm. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng cho chụp ảnh flash tốc độ cao, TV chiếu màn hình lớn và xử lý vật liệu. 

Máy phát laser phân tử nitơ sử dụng nitơ làm môi trường khuếch đại, có thể phát ra tia cực tím 337.1 nm, 357.7 nm và 315.9 nm, công suất cực đại có thể đạt tới 45kw. Nó có thể được sử dụng làm nguồn sáng bơm cho máy phát laser nhuộm hữu cơ và cũng được sử dụng rộng rãi trong tách laser đồng vị, chẩn đoán huỳnh quang, chụp ảnh tốc độ cực cao, phát hiện ô nhiễm, y tế và chăm sóc sức khỏe, và chăn nuôi nông nghiệp. Vì bước sóng ngắn của nó dễ tập trung hơn để có được một điểm nhỏ, nên nó cũng có thể được sử dụng để xử lý các thành phần dưới micron. 

Môi trường khuếch đại được sử dụng trong máy phát laser CO2 là carbon dioxide trộn với heli và nitơ, có thể phát ra ánh sáng hồng ngoại xa tập trung ở bước sóng 9.6 μm và 10.6 μm. Máy phát có tỷ lệ chuyển đổi năng lượng cao, công suất đầu ra có thể dao động từ vài watt đến hàng chục nghìn watt và chất lượng chùm tia cực cao khiến máy phát laser CO2 được sử dụng rộng rãi trong chế biến vật liệu, nghiên cứu khoa học, quốc phòng và y học. 

Excimer là các phân tử không ổn định được chứa hỗn hợp các khí hiếm và khí halogen khác nhau trong bộ cộng hưởng để tạo ra các tia laser có bước sóng khác nhau. Sự kích thích thường đạt được bằng các chùm electron tương đối tính (năng lượng lớn hơn 200 keV) hoặc bằng các xung phóng điện nhanh ngang. Khi các liên kết phân tử không ổn định của excimer trạng thái kích thích bị phá vỡ và phân ly thành các nguyên tử trạng thái cơ bản, năng lượng của trạng thái kích thích được giải phóng dưới dạng bức xạ laser. Nó được sử dụng rộng rãi trong y tế, truyền thông quang học, màn hình bán dẫn, cảm biến từ xa, vũ khí laser và các lĩnh vực khác. 

Máy phát laser hóa học là một loại hệ thống laser khí đặc biệt sử dụng năng lượng giải phóng từ các phản ứng hóa học để thực hiện đảo ngược số hạt. Hầu hết chúng hoạt động ở chế độ chuyển đổi phân tử và phạm vi bước sóng điển hình nằm trong vùng quang phổ gần hồng ngoại đến hồng ngoại giữa. Các thiết bị quan trọng nhất là thiết bị hydro florua (HF) và deuterium florua (DF). Thiết bị trước có thể tạo ra hơn 15 vạch quang phổ giữa 2.6 và 3.3 micron; thiết bị sau có khoảng 25 vạch quang phổ giữa 3.5 và 4.2 micron. Cả hai thiết bị hiện nay đều có khả năng tạo ra công suất nhiều megawatt. Do có năng lượng lớn nên thiết bị này thường được sử dụng trong kỹ thuật hạt nhân và các lĩnh vực quân sự. 

Máy phát laser nhuộm 

Máy phát laser nhuộm sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ làm môi trường laser, thường là dung dịch lỏng. Máy phát laser nhuộm thường có thể được sử dụng trên phạm vi bước sóng rộng hơn so với môi trường laser khí và rắn. Băng thông rộng của chúng khiến chúng đặc biệt phù hợp với máy phát laser xung và có thể điều chỉnh. Tuy nhiên, do tuổi thọ môi trường ngắn và công suất đầu ra hạn chế, về cơ bản nó được thay thế bằng laser rắn có thể điều chỉnh bước sóng như titan sapphire. 

Máy phát laser diode 

Máy phát laser diode là hệ thống laser sử dụng vật liệu bán dẫn làm môi trường. Có ba chế độ kích thích: phun điện, kích thích chùm electron và bơm quang. Do kích thước nhỏ, giá thành thấp, hiệu suất cao, tuổi thọ cao và mức tiêu thụ điện năng thấp nên có thể sử dụng trong thông tin điện tử, in laser, con trỏ laser, truyền thông quang học, TV laser, máy chiếu laser nhỏ, thông tin điện tử, quang học tích hợp và các lĩnh vực khác. 

Máy phát laser sợi quang

Máy phát laser sợi quang là một loại hệ thống laser sử dụng sợi thủy tinh pha tạp nguyên tố đất hiếm làm môi trường khuếch đại. Nó có thể được sử dụng để in cuộn, khoan kim loại và phi kim loại, cắt, hàn (hàn đồng, tôi nước, ốp và hàn sâu), quân sự, quốc phòng và an ninh, thiết bị y tế, cơ sở hạ tầng quy mô lớn và làm máy bơm cho các nguồn laser khác. 

Máy phát laser electron tự do 

Máy phát laser electron tự do là một loại nguồn bức xạ liên kết công suất cao mới khác với các máy phát laser truyền thống. Nó không cần khí, lỏng hoặc rắn làm môi trường mà trực tiếp chuyển đổi động năng của chùm electron năng lượng cao thành năng lượng bức xạ liên kết. Do đó, cũng có thể coi chất làm việc của máy phát laser electron tự do là electron tự do. Nó có một loạt các đặc điểm tuyệt vời như công suất cao, hiệu suất cao, phạm vi điều chỉnh bước sóng rộng và cấu trúc thời gian của các xung cực ngắn. Ngoại trừ nó, không có máy phát laser nào có thể có những đặc điểm này cùng một lúc. Nó có triển vọng đáng kể trong các lĩnh vực nghiên cứu vật lý, vũ khí laser, phản ứng tổng hợp laser, quang hóa học và truyền thông quang học.

Nguồn từ Kiểu dáng CNC

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Thông tin nêu trên được cung cấp bởi Stylecnc độc lập với Chovm.com. Chovm.com không tuyên bố và bảo đảm về chất lượng và độ tin cậy của người bán và sản phẩm.