Panimula at mga aplikasyon ng karaniwang ginagamit na mga pangunahing laser

Mula nang dumating ang unang solid-state pulsed ruby ​​laser, ang pag-unlad ng mga laser ay napakabilis, at ang mga laser na may iba't ibang mga materyales sa pagtatrabaho at mga operating mode ay patuloy na lumilitaw. Ang mga laser ay inuri sa iba't ibang paraan:

1. Ayon sa mode ng operasyon, nahahati ito sa: tuloy-tuloy na laser, quasi-continuous laser, pulse laser, at ultra-short pulse laser.

Ang laser output ng tuloy-tuloy na laser ay tuloy-tuloy at malawakang ginagamit sa larangan ng laser cutting, welding at cladding. Ang gumaganang katangian nito ay ang paggulo ng gumaganang sangkap at ang kaukulang laser output ay maaaring ipagpatuloy sa tuluy-tuloy na paraan sa loob ng mahabang panahon. Dahil ang sobrang pag-init na epekto ng aparato ay madalas na hindi maiiwasan sa patuloy na operasyon, ang naaangkop na mga hakbang sa paglamig ay dapat gawin sa karamihan ng mga kaso.

Ang pulse laser ay may malaking output power at angkop para sa laser marking, cutting, ranging, atbp. Kasama sa mga gumaganang katangian nito ang laser energy compression upang bumuo ng makitid na lapad ng pulso, mataas na peak power, at adjustable na frequency ng pag-uulit, pangunahin kasama ang Q-switching, mode locking , MOPA at iba pang pamamaraan. Dahil ang overheating effect at edge chipping effect ay maaaring epektibong mabawasan sa pamamagitan ng pagtaas ng single pulse power, ito ay kadalasang ginagamit sa fine processing.

2. Ayon sa working band, nahahati ito sa: infrared laser, visible light laser, ultraviolet laser, at X-ray laser.

Ang mga mid-infrared na laser ay pangunahing 10.6um CO2 laser na malawakang ginagamit;

Malapit-infrared lasers ay malawakang ginagamit, kabilang ang 1064~1070nm sa larangan ng laser processing; 1310 at 1550nm sa larangan ng optical fiber communication; 905nm at 1550nm sa larangan ng lidar ranging; 878nm, 976nm, atbp. para sa mga pump application;

Dahil ang visible light lasers ay maaaring frequency-double 532nm hanggang 1064nm, 532nm green lasers ay malawakang ginagamit sa pagpoproseso ng laser, mga medikal na aplikasyon, atbp.;

Pangunahing kasama sa mga UV laser ang 355nm at 266nm. Dahil ang UV ay isang malamig na pinagmumulan ng liwanag, kadalasang ginagamit ito sa pinong pagproseso, pagmamarka, mga medikal na aplikasyon, atbp.

3. Ayon sa working medium, nahahati ito sa: gas laser, fiber laser, solid laser, semiconductor laser, atbp.

3.1 Pangunahing kasama sa mga gas laser ang mga CO2 laser, na gumagamit ng CO2 gas molecules bilang gumaganang medium. Ang kanilang mga wavelength ng laser ay 10.6um at 9.6um.

pangunahing tampok:

-Ang haba ng daluyong ay angkop para sa pagproseso ng mga non-metal na materyales, na bumubuo para sa problema na ang fiber lasers ay hindi maaaring magproseso ng mga non-metal, at may iba't ibang katangian mula sa fiber laser processing sa processing field;

-Ang kahusayan sa conversion ng enerhiya ay humigit-kumulang 20%~25%, ang tuluy-tuloy na lakas ng output ay maaaring umabot sa antas ng 104W, ang lakas ng output ng pulso ay maaaring umabot sa antas ng 104 Joules, at ang lapad ng pulso ay maaaring i-compress sa antas ng nanosecond;

-Ang wavelength ay nasa atmospheric window at hindi gaanong nakakapinsala sa mata ng tao kaysa sa nakikitang liwanag at 1064nm infrared na ilaw.

Ito ay malawakang ginagamit sa pagpoproseso ng materyal, komunikasyon, radar, sapilitan na mga reaksiyong kemikal, operasyon, atbp. Maaari din itong gamitin para sa mga reaksiyong thermonuclear na dulot ng laser, paghihiwalay ng laser ng mga isotopes, at mga sandatang laser.

3.2 Ang fiber laser ay tumutukoy sa isang laser na gumagamit ng rare earth element-doped glass fiber bilang gain medium. Dahil sa mahusay na pagganap at mga katangian nito, pati na rin ang mga bentahe sa gastos, ito ang kasalukuyang pinakamalawak na ginagamit na laser. Ang mga tampok ay ang mga sumusunod:

(1) Magandang kalidad ng beam: Ang istraktura ng waveguide ng optical fiber ay tumutukoy na ang fiber laser ay madaling makakuha ng solong transverse mode na output, hindi gaanong apektado ng panlabas na mga kadahilanan, at maaaring makamit ang mataas na liwanag na laser output.

(2) Ang output laser ay may maraming mga wavelength: Ito ay dahil ang mga antas ng enerhiya ng mga rare earth ions ay napakayaman at mayroong maraming uri ng rare earth ions;

(3) Mataas na kahusayan: Ang pangkalahatang electro-optical na kahusayan ng komersyal na fiber laser ay kasing taas ng 25%, na kapaki-pakinabang sa pagbawas ng gastos, pagtitipid ng enerhiya at proteksyon sa kapaligiran.

(4) Magandang katangian ng pagwawaldas ng init: ang materyal na salamin ay may napakababang volume-to-area ratio, mabilis na pagwawaldas ng init, at mababang pagkawala, kaya ang kahusayan ng conversion ay mataas at ang laser threshold ay mababa;

(5) Compact na istraktura at mataas na pagiging maaasahan: Walang optical lens sa resonant cavity, na may mga bentahe ng adjustment-free, maintenance-free at mataas na katatagan, na hindi mapapantayan ng tradisyonal na mga laser;

(6) Mababang gastos sa pagmamanupaktura: Ang salamin optical fiber ay may mababang gastos sa pagmamanupaktura, mature na teknolohiya at ang mga bentahe ng miniaturization at intensification na dulot ng windability ng optical fiber.

Ang mga fiber laser ay may malawak na hanay ng mga aplikasyon, kabilang ang mga komunikasyon ng laser fiber, mga komunikasyon sa malayong distansya ng espasyo ng laser, paggawa ng mga barko sa industriya, pagmamanupaktura ng sasakyan, pag-ukit ng laser, pagmamarka ng laser, pagputol ng laser, mga roller sa pag-print, pagtatanggol at seguridad ng militar, kagamitan at kagamitang medikal, at bilang mga sapatos na pangbabae para sa iba pang mga laser Pu Yuan at iba pa.

3.3 Ang gumaganang medium ng solid-state lasers ay mga insulating crystals, na karaniwang nasasabik sa pamamagitan ng optical pumping.

Ang YAG lasers (rubidium-doped yttrium aluminum garnet crystal) ay karaniwang gumagamit ng mga krypton o xenon na lamp bilang mga pump lamp, dahil ilang partikular na wavelength ng pump light ang maa-absorb ng Nd ions, at karamihan sa enerhiya ay mako-convert sa heat energy. Karaniwan ang YAG Laser energy conversion efficiency ay mababa. At ang mabagal na bilis ng pagproseso ay unti-unting napapalitan ng fiber lasers.

Bagong solid-state laser, isang high-power solid-state laser na nabomba ng semiconductor laser. Ang mga bentahe ay mataas na kahusayan sa conversion ng enerhiya, ang kahusayan ng electro-optical conversion ng mga semiconductor laser ay kasing taas ng 50%, na mas mataas kaysa sa flash lamp; ang reaktibong init na nabuo sa panahon ng operasyon ay maliit, ang katamtamang temperatura ay matatag, at maaari itong gawing ganap na gumaling na aparato, inaalis ang impluwensya ng panginginig ng boses, at ang linya ng laser spectrum ay mas makitid, mas mahusay na katatagan ng dalas; mahabang buhay, simpleng istraktura at madaling gamitin.

Ang pangunahing bentahe ng solid-state lasers sa fiber lasers ay mas mataas ang single pulse energy. Kasama ng ultra-short pulse modulation, ang tuluy-tuloy na kapangyarihan ay karaniwang higit sa 100W, at ang peak pulse power ay maaaring kasing taas ng 109W. Gayunpaman, dahil ang paghahanda ng working medium ay mas kumplikado, ito ay mas mahal.

Ang pangunahing wavelength ay 1064nm near-infrared, at 532nm solid-state laser, 355nm solid-state laser, at 266nm solid-state laser ay maaaring makuha sa pamamagitan ng frequency doubling.

3.4 Semiconductor laser, na kilala rin bilang laser diode, ay isang laser na gumagamit ng mga semiconductor na materyales bilang gumaganang substance nito.

Ang mga semiconductor laser ay hindi nangangailangan ng mga kumplikadong resonant na istruktura ng lukab, kaya ang mga ito ay napaka-angkop para sa miniaturization at magaan na mga pangangailangan. Ang photoelectric conversion rate nito ay mataas, ang buhay nito ay mahaba, at hindi ito nangangailangan ng maintenance. Madalas itong ginagamit sa pagturo, pagpapakita, pakikipagtalastasan at iba pang okasyon. Madalas din itong ginagamit bilang pinagmumulan ng bomba para sa iba pang mga laser. Ang mga laser diode, laser pointer at iba pang pamilyar na produkto ay gumagamit ng mga semiconductor laser.