Въведение и приложения на често използвани основни лазери

След появата на първия твърдотелен импулсен рубинен лазер, развитието на лазерите е много бързо и продължават да се появяват лазери с различни работни материали и режими на работа. Лазерите се класифицират по различни начини:

1. Според режима на работа той се разделя на: непрекъснат лазер, квази-непрекъснат лазер, импулсен лазер и ултра-къс импулсен лазер.

Лазерният изход на непрекъснатия лазер е непрекъснат и се използва широко в областта на лазерното рязане, заваряване и облицовка. Неговата работна характеристика е, че възбуждането на работното вещество и съответния лазерен изход могат да продължат по непрекъснат начин за дълъг период от време. Тъй като ефектът на прегряване на устройството често е неизбежен при продължителна работа, в повечето случаи трябва да се вземат подходящи мерки за охлаждане.

Импулсният лазер има голяма изходна мощност и е подходящ за лазерно маркиране, рязане, измерване на обхвата и т.н. Работните му характеристики включват компресия на лазерната енергия за формиране на тясна ширина на импулса, висока пикова мощност и регулируема честота на повторение, включително основно Q-превключване, заключване на режима , MOPA и други методи. Тъй като ефектът на прегряване и ефектът на отчупване на ръбовете могат да бъдат ефективно намалени чрез увеличаване на мощността на единичния импулс, той се използва най-вече при фина обработка.

2. Според работната лента се разделя на: инфрачервен лазер, лазер с видима светлина, ултравиолетов лазер и рентгенов лазер.

Средно инфрачервените лазери са основно 10,6 um CO2 лазери, които се използват широко;

Близките инфрачервени лазери са широко използвани, включително 1064~1070nm в областта на лазерната обработка; 1310 и 1550n в областта на комуникацията с оптични влакна; 905nm и 1550nm в областта на лидарния обхват; 878nm, 976nm и др. за помпени приложения;

Тъй като лазерите с видима светлина могат да удвоят честотата от 532nm до 1064nm, зелените лазери 532nm се използват широко в лазерна обработка, медицински приложения и т.н.;

UV лазерите включват основно 355nm и 266nm. Тъй като UV е източник на студена светлина, той се използва най-вече при фина обработка, маркиране, медицински приложения и др.

3. Според работната среда се разделя на: газов лазер, влакнест лазер, твърд лазер, полупроводников лазер и др.

3.1 Газовите лазери включват главно CO2 лазери, които използват газови молекули CO2 като работна среда. Техните дължини на вълната на лазера са 10.6um и 9.6um.

основна характеристика:

- Дължината на вълната е подходяща за обработка на неметални материали, което компенсира проблема, че влакнестите лазери не могат да обработват неметали и има различни характеристики от обработката с влакнест лазер в областта на обработката;

- Ефективността на преобразуване на енергия е около 20% ~ 25%, непрекъснатата изходна мощност може да достигне ниво от 104 W, импулсната изходна енергия може да достигне ниво от 104 джаула, а ширината на импулса може да бъде компресирана до наносекундно ниво;

-Дължината на вълната е точно в атмосферния прозорец и е много по-малко вредна за човешкото око от видимата светлина и 1064nm инфрачервена светлина.

Той се използва широко при обработка на материали, комуникации, радар, индуцирани химични реакции, хирургия и др. Може да се използва и за лазерно индуцирани термоядрени реакции, лазерно разделяне на изотопи и лазерни оръжия.

3.2 Влакнестият лазер се отнася до лазер, който използва стъклени влакна, легирани с редкоземни елементи, като усилваща среда. Поради превъзходната си производителност и характеристики, както и ценовите предимства, в момента той е най-широко използваният лазер. Характеристиките са както следва:

(1) Добро качество на лъча: Структурата на вълновода на оптичното влакно определя, че влакнестият лазер е лесен за получаване на единичен напречен режим на изход, слабо се влияе от външни фактори и може да постигне лазерен изход с висока яркост.

(2) Изходният лазер има много дължини на вълната: Това е така, защото енергийните нива на редкоземните йони са много богати и има много видове редкоземни йони;

(3) Висока ефективност: Общата електрооптична ефективност на търговските оптични лазери е до 25%, което е от полза за намаляване на разходите, пестене на енергия и опазване на околната среда.

(4) Добри характеристики на разсейване на топлината: стъкленият материал има изключително ниско съотношение обем към площ, бързо разсейване на топлината и ниски загуби, така че ефективността на преобразуване е висока и прагът на лазера е нисък;

(5) Компактна структура и висока надеждност: Няма оптична леща в резонансната кухина, която има предимствата на безрегулиране, без поддръжка и висока стабилност, което е несравнимо с традиционните лазери;

(6) Ниска производствена цена: Стъкленото оптично влакно има ниска производствена цена, развита технология и предимствата на миниатюризацията и интензификацията, породени от възможността за навиване на оптичното влакно.

Влакнестите лазери имат широк спектър от приложения, включително комуникации с лазерни влакна, лазерни космически комуникации на дълги разстояния, промишлено корабостроене, производство на автомобили, лазерно гравиране, лазерно маркиране, лазерно рязане, печатащи ролки, военна отбрана и сигурност, медицинско оборудване и оборудване и като помпи за други лазери Pu Yuan и т.н.

3.3 Работната среда на твърдотелните лазери са изолиращи кристали, които обикновено се възбуждат чрез оптично изпомпване.

YAG лазерите (кристал итриев алуминиев гранат с добавка на рубидий) обикновено използват криптонови или ксенонови лампи като лампи с помпа, тъй като само няколко специфични дължини на вълната на светлината на помпата ще бъдат абсорбирани от Nd йони и по-голямата част от енергията ще бъде преобразувана в топлинна енергия. Обикновено ефективността на преобразуване на енергията на YAG лазера е ниска. И бавната скорост на обработка постепенно се заменя с фибролазери.

Нов твърдотелен лазер, високомощен твърдотелен лазер, изпомпван от полупроводников лазер. Предимствата са висока ефективност на преобразуване на енергията, ефективността на електрооптичното преобразуване на полупроводниковите лазери е до 50%, което е много по-високо от това на флаш лампите; реактивната топлина, генерирана по време на работа, е малка, средната температура е стабилна и може да се превърне в напълно втвърдено устройство, елиминирайки влиянието на вибрациите, а линията на лазерния спектър е по-тясна, по-добра честотна стабилност; дълъг живот, проста структура и лесен за използване.

Основното предимство на твърдотелните лазери пред оптични лазери е, че енергията на единичния импулс е по-висока. В комбинация с ултра-къса импулсна модулация, непрекъснатата мощност обикновено е над 100 W, а пиковата импулсна мощност може да достигне до 109 W. Но тъй като подготовката на работната среда е по-сложна, тя е по-скъпа.

Основната дължина на вълната е 1064 nm в близката инфрачервена област, а 532 nm твърдотелен лазер, 355 nm твърдотелен лазер и 266 nm твърдотелен лазер могат да бъдат получени чрез удвояване на честотата.

3.4 Полупроводниковият лазер, известен също като лазерен диод, е лазер, който използва полупроводникови материали като работно вещество.

Полупроводниковите лазери не изискват сложни структури с резонансна кухина, така че са много подходящи за миниатюризация и олекотени нужди. Коефициентът му на фотоелектрическо преобразуване е висок, животът му е дълъг и не изисква поддръжка. Често се използва при насочване, показване, обхват на комуникация и други случаи. Също така често се използва като източник на помпа за други лазери. Лазерните диоди, лазерните показалки и други познати продукти използват полупроводникови лазери.