Predstavitev in uporaba običajnih laserjev

Od pojava prvega polprevodniškega impulznega rubinastega laserja je bil razvoj laserjev zelo hiter in pojavljali so se laserji z različnimi delovnimi materiali in načini delovanja. Laserji so razvrščeni na več načinov:

1. Glede na način delovanja je razdeljen na: kontinuirani laser, kvazikontinuirani laser, impulzni laser in laser z ultra kratkimi impulzi.

Laserski izhod neprekinjenega laserja je neprekinjen in se pogosto uporablja na področju laserskega rezanja, varjenja in oblaganja. Njegova delovna značilnost je, da se lahko vzbujanje delovne snovi in ​​ustrezen laserski izhod nadaljujeta neprekinjeno v daljšem časovnem obdobju. Ker je učinek pregrevanja naprave med neprekinjenim delovanjem pogosto neizogiben, je treba v večini primerov sprejeti ustrezne ukrepe za hlajenje.

Pulzni laser ima veliko izhodno moč in je primeren za lasersko označevanje, rezanje, določanje razdalje itd. Njegove delovne značilnosti vključujejo stiskanje laserske energije za oblikovanje ozke širine impulza, visoko konično moč in nastavljivo frekvenco ponavljanja, predvsem vključno s preklopom Q, zaklepanjem načina , MOPA in druge metode. Ker je mogoče učinek pregrevanja in učinek drobljenja robov učinkovito zmanjšati s povečanjem moči posameznega impulza, se večinoma uporablja pri fini obdelavi.

2. Glede na delovni pas je razdeljen na: infrardeči laser, laser z vidno svetlobo, ultravijolični laser in rentgenski laser.

Srednji infrardeči laserji so večinoma 10,6 um CO2 laserji, ki se pogosto uporabljajo;

Bližnji infrardeči laserji se pogosto uporabljajo, vključno z 1064 ~ 1070 nm na področju laserske obdelave; 1310 in 1550n na področju komunikacije z optičnimi vlakni; 905nm in 1550nm na področju lidarskega določanja razdalje; 878nm, 976nm itd. za aplikacije črpalke;

Ker lahko laserji z vidno svetlobo podvojijo frekvenco od 532 nm do 1064 nm, se zeleni laserji 532 nm pogosto uporabljajo pri laserski obdelavi, medicinskih aplikacijah itd.;

UV laserji vključujejo predvsem 355 nm in 266 nm. Ker je UV hladen vir svetlobe, se večinoma uporablja pri fini obdelavi, označevanju, medicinskih aplikacijah itd.

3. Glede na delovni medij je razdeljen na: plinski laser, vlakneni laser, trdni laser, polprevodniški laser itd.

3.1 Med plinske laserje spadajo predvsem CO2 laserji, ki kot delovni medij uporabljajo molekule plina CO2. Njihovi laserski valovni dolžini sta 10,6 um in 9,6 um.

glavna značilnost:

- Valovna dolžina je primerna za obdelavo nekovinskih materialov, kar odpravlja težavo, da laserji z vlakni ne morejo obdelati nekovin, in ima drugačne značilnosti od obdelave z laserjem z vlakni na področju obdelave;

-Učinkovitost pretvorbe energije je približno 20% ~ 25%, neprekinjena izhodna moč lahko doseže raven 104 W, izhodna energija impulza lahko doseže raven 104 Joules, širina impulza pa se lahko stisne na nanosekundno raven;

- Valovna dolžina je ravno v atmosferskem oknu in je veliko manj škodljiva za človeško oko kot vidna svetloba in infrardeča svetloba 1064 nm.

Široko se uporablja pri obdelavi materialov, komunikacijah, radarju, induciranih kemičnih reakcijah, kirurgiji itd. Lahko se uporablja tudi za lasersko inducirane termonuklearne reakcije, lasersko ločevanje izotopov in lasersko orožje.

3.2 Laser z vlakni se nanaša na laser, ki kot ojačitveni medij uporablja steklena vlakna, dopirana z redkimi zemeljskimi elementi. Zaradi vrhunske zmogljivosti in lastnosti ter cenovne ugodnosti je trenutno najbolj razširjen laser. Lastnosti so naslednje:

(1) Dobra kakovost žarka: Struktura valovoda optičnega vlakna določa, da je z laserjem z vlakni enostavno pridobiti enojni transverzalni izhod, nanj malo vplivajo zunanji dejavniki in lahko doseže laserski izhod visoke svetlosti.

(2) Izhodni laser ima veliko valovnih dolžin: To je zato, ker so ravni energije ionov redkih zemelj zelo bogate in obstaja veliko vrst ionov redkih zemelj;

(3) Visoka učinkovitost: Skupna elektrooptična učinkovitost komercialnih laserjev z vlakni je kar 25 %, kar je koristno za zmanjšanje stroškov, varčevanje z energijo in varstvo okolja.

(4) Dobre lastnosti odvajanja toplote: stekleni material ima izjemno nizko razmerje med prostornino in površino, hitro odvajanje toplote in nizke izgube, zato je učinkovitost pretvorbe visoka in prag laserja nizek;

(5) Kompaktna struktura in visoka zanesljivost: v resonančni votlini ni optične leče, ki ima prednosti brez prilagajanja, vzdrževanja in visoke stabilnosti, ki ji tradicionalni laserji ni para;

(6) Nizki proizvodni stroški: steklena optična vlakna imajo nizke proizvodne stroške, zrelo tehnologijo ter prednosti miniaturizacije in intenzifikacije, ki jih prinaša navijanje optičnih vlaken.

Vlakneni laserji imajo široko paleto aplikacij, vključno z lasersko optično komunikacijo, lasersko vesoljsko komunikacijo na dolge razdalje, industrijsko ladjedelništvom, proizvodnjo avtomobilov, laserskim graviranjem, laserskim označevanjem, laserskim rezanjem, tiskalnimi valji, vojaško obrambo in varnostjo, medicinsko opremo in opremo ter kot črpalke za druge laserje Pu Yuan in tako naprej.

3.3 Delovni medij polprevodniških laserjev so izolacijski kristali, ki se običajno vzbujajo z optičnim črpanjem.

Laserji YAG (kristal itrijevega aluminijevega granata, dopiranega z rubidijem) običajno uporabljajo kriptonske ali ksenonske žarnice kot žarnice črpalke, ker bodo Nd ioni absorbirali le nekaj specifičnih valovnih dolžin svetlobe črpalke, večina energije pa se bo pretvorila v toplotno energijo. Običajno je učinkovitost pretvorbe energije laserja YAG nizka. In nizko hitrost obdelave postopoma nadomestijo laserji z vlakni.

Nov polprevodniški laser, visoko zmogljiv polprevodniški laser, ki ga črpa polprevodniški laser. Prednosti so visoka učinkovitost pretvorbe energije, učinkovitost elektro-optične pretvorbe polprevodniških laserjev je kar 50 %, kar je veliko več kot pri bliskovnih žarnicah; reaktivna toplota, ki nastane med delovanjem, je majhna, temperatura medija je stabilna in jo je mogoče narediti v popolnoma utrjeno napravo, pri čemer se odpravi vpliv vibracij, linija laserskega spektra pa je ožja, boljša stabilnost frekvence; dolga življenjska doba, preprosta struktura in enostaven za uporabo.

Glavna prednost polprevodniških laserjev pred laserji z vlakni je, da je energija posameznega impulza večja. V kombinaciji z ultrakratko impulzno modulacijo je neprekinjena moč na splošno nad 100 W, največja impulzna moč pa lahko doseže 109 W. Ker pa je priprava delovnega medija bolj zapletena, je dražja.

Glavna valovna dolžina je skoraj infrardeča 1064 nm, s podvajanjem frekvence pa je mogoče pridobiti 532 nm polprevodniški laser, 355 nm polprevodniški laser in 266 nm polprevodniški laser.

3.4 Polprevodniški laser, znan tudi kot laserska dioda, je laser, ki kot delovno snov uporablja polprevodniške materiale.

Polprevodniški laserji ne zahtevajo zapletenih resonančnih votlinskih struktur, zato so zelo primerni za miniaturizacijo in manjše potrebe. Njegova stopnja fotoelektrične pretvorbe je visoka, njegova življenjska doba je dolga in ne potrebuje vzdrževanja. Pogosto se uporablja pri kazanju, prikazovanju, doseganju komunikacij in drugih priložnostih. Pogosto se uporablja tudi kot vir črpalke za druge laserje. Laserske diode, laserski kazalci in drugi znani izdelki uporabljajo polprevodniške laserje.