С момента своего открытия в 1960-х годах лазерные технологии постоянно развивались и стали неотъемлемой частью отрасли. Лазеры делятся на пять основных типов в зависимости от усиливающей среды. В этом руководстве вы можете узнать об этих типах лазеров, порядке их работы и различных практических применениях.
Что такое лазер?
Лазер означает усиление света путем стимулированного излучения. Лазер усиливает интенсивность света и производит узконаправленные лучи, достаточно мощные, чтобы прорезать металлические поверхности. Более того, эти световые лучи могут подниматься в небо на многие мили.
Лазерный луч отличается от луча света, который является когерентным, коллимированным и монохроматическим. Чтобы лучше понять работу лазера, нам необходимо знать его компоненты. Лазер имеет следующие основные элементы:
- Энергетический ресурс: It качает свет в усиливающую среду, также известную как источник накачки. Источник энергии варьируется в зависимости от типа лазера: это может быть лампа-вспышка, другой лазер, химическая реакция или электрический разряд. Источник накачки отвечает за достижение инверсии населенности, поскольку он перекачивает молекулы или атомы от низшего уровня к высшему. энергия.
- Среднее усиление: Это главный компонент лазера, где происходит лазерное воздействие. Он также известен как активная среда или лазерная среда. Усиление среднее определяет длину волны любой лазерное излучение. Среда ЛАЗЕРА может содержать газы, жидкие красители, твердые кристаллы и полупроводники.
- Резонатор: Резонатор использует зеркала для усиления оптического усиления усиливающей среды. Используются два типа зеркал: частично отражающее и сильно отражающее.
Свяжитесь с нашими специалистами сейчас！
Мы покроем все ваши потребности от проектирования до установки.
После подробного обсуждения лазеров мы собираемся рассмотреть различные их типы.
I. Волоконный лазер
Волоконные лазеры были впервые представлены в 1960-х годах, но их коммерческое использование началось в 1990-х годах. С тех пор технология волоконных лазеров развивалась, а их эффективность и возможности применения растут.
Определение и базовая структура
Волоконные лазеры — это категория твердотельных лазеров, в которых в качестве активной усиливающей среды используются оптические волокна. В этих лазерах используется фосфатное стекло или силикатное волокно который поглощает необработанный свет от источника накачки. После этого этот свет преобразуется в лазерный луч определенной длины волны.
Как работает волоконный лазер?
Во-первых, источник энергии используется для создания накачки света. В волоконных лазерах в качестве источника энергии в основном используется электричество, которое затем преобразуется в энергию света с помощью лазерных диодов накачки. Затем муфта объединяет свет от нескольких источников и преобразует его в один источник. После сбора света в отдельный лазерный диод он передается в усиливающую среду.
На следующем этапе свет насоса проходит через оптическое волокно, которое состоит из сердцевины (светоносной части) и оболочки (материала, окружающего сердцевину). Наконец, свет достигает легированной части волокна, известной как резонатор лазера.
В резонаторе лазера используются редкоземельные элементы. возбуждать электроны на более высокий энергетический уровень. Это делается до тех пор, пока не будет достигнута инверсия населенностей. Это стадия, когда в возбужденном состоянии находится больше электронов, чем обычно. Здесь электроны возбуждаются и повторно возбуждаются до тех пор, пока не будет достигнут устойчивый поток необработанного лазерного света. Этот свет совершенствуется дальше для использования в различных приложениях.
Волоконные лазеры энергоэффективны, невероятно стабильны и просты в обслуживании. Они очень точны даже в сложных конструкциях. Однако, волоконная лазерная резка требует надлежащих протоколов безопасности, и его применение ограничено неметаллическими материалами.
Источник изображения: lasers.llnl.gov
Примеры
- Волоконные лазеры, легированные эрбием
- Волоконные лазеры, легированные тулием
- Волоконные лазеры с иттербием
Приложения
Волоконные лазеры производят широкий спектр Длины волнтак что у них есть Несколько приложений. Они могут эффективно очищать металлы; этот процесс известен как очистка металла и может быть настроен для различных параметров производственной линии.
Кроме того, они имеют Лазерная маркировка приложений и помогают навсегда маркировать пластик и металлы высококонтрастными маркерами. Помимо маркировки, волоконные лазеры используются для гравировки, травления и отжиг.
Что еще? Волоконные лазеры позволяют выполнять даже сложную резку с впечатляющим качеством кромок; следовательно, они являются лучшим вариантом для лазерная резка. Это позволило исключить затраты на инструменты и сократить время наладки и простоя. Кроме того, волоконные лазеры обеспечивают высокую точность, безопасность и точность в диагностической визуализации и хирургии.
Свяжитесь с нашими специалистами сейчас！
Мы покроем все ваши потребности от проектирования до установки.
II. Твердотельный лазер
Первый твердотельный лазер было рубиновый лазер, который был менее эффективен из-за своей выраженной трехуровневой природы. Впоследствии другие твердотельные носители приобрели популярность благодаря своей лучшей производительности.
Как следует из названия, твердотельный лазер использует твердую среду – кристаллический материал или стекло. Твердая среда смешана с редкоземельными элементами, такими как эрбий, иттербий, хром или неодим.
Как работает твердотельный лазер?
В твердотельных лазерах ионы вводятся в качестве примесей к материалу-хозяину. Этот процесс называется допингом, что означает добавление инородных тел к определенному веществу. Материалом-хозяином, используемым в твердотельном лазере, может быть иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом, стекло, легированное неодимом, а также сапфировое или иттербиевое стекло. Легирующие добавки включают редкоземельные материалы, такие как хром или эрбий.
Кроме у, дуговые лампы или лампы-вспышки используются в твердотельных лазерах для оптической накачки. Эти источники накачки дешевы, но имеют умеренный срок службы и низкую энергоэффективность. Тем не менее, лазерный диод используется для твердотельный с диодной накачкой (DPSS) лазеры. Они обладают способностью достигать высоких мощностей, а также поддерживать хороший уровень энергии. качество луча.
Твердотельные лазеры простой, экономичный и высокоэффективный. Они имеют сравнительно более простую конструкцию, чем другие типы, и в усиливающей среде теряется незначительное количество материала. Выход твердотельных лазеров мог быть как импульсным, так и непрерывным. Однако эффективность твердотельных лазеров сравнительно ниже, чем у углекислотных лазеров.
Примеры
Общие примеры твердотельных лазеров включают:
- Ti: Сапфировые лазеры
- Nd: Стеклянный лазер (неодимовое стекло)
- YB: YAG-лазер (иттрий-алюминиевый гранат, легированный иттербием)
- Nd: ИАГ лазер (иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом)
Приложения
Твердотельные лазеры на материалах помогают сверлить отверстия в металлах. Они обеспечивают гибкость при выполнении нескольких операций формирования отверстий и более эффективны, чем традиционные методы.
Кроме того, лазерное сверление Экономичен, имеет высокую точность и высокую скорость. Эти лазеры используются в вооруженных силах для нацеливания на систему назначения. Кроме того, эти лазеры используются в калиброванных физических приборах, таких как сейсмографы.
Кроме того, твердотельные лазеры помогают удалять абляцию тканей, татуировки, волосы и камни в почках. Они используются в источниках света RGB (красный-зеленый-синий) в лазерных проекторах и принтерах. Кроме того, твердотельные лазеры потенциально могут быть использованы в ядерном синтезе.
III. Газовый лазер
Газовый лазер отличается от других типов лазеров, поскольку он работает по принципу преобразования электрической энергии в световую энергию. Также газовые лазеры бывают разных типов. Тип газа, используемого для создания лазерной среды, определяет эффективность и длину волны лазера.
Определение и базовая структура
Газ используется в качестве активной среды в газовых лазерах. Обычные газы, используемые для этой цели, включают диоксид углерода, ксенон, водород, фтор, криптон, аргон, неон и гелий.
Газовые среды могут быть перекачивается более эффективно, чем твердые среды, поэтому газовые лазеры имеют лучшее качество луча и генерируют более высокую плотность мощности. Распространенными типами газовых лазеров являются гелий-неоновые лазеры, углекислотные лазеры и аргоно-ионные лазеры.
Как работает газовый лазер?
Image Source: science.com
Во-первых, газовые предметы возбуждены посредством электрического разряда и перехода к более высокому энергетическому состоянию. Возбужденные атомы деградировал в состояние с более низкой энергией путем испускания фотонов. Когда эти фотоны встречаются с возбужденным атомом, они заряжают атомы излучать больше фотонов той же фазы, направления и энергии.
Эти фотоны перемещаются взад и вперед между зеркалами, образуя резонансную полость. Во время этого процесса свет усиливается, в конечном итоге создавая лазерные лучи. Газовые лазеры производят высококачественный луч, обладают превосходной пространственной когерентностью и предлагают широкий диапазон выходных длин волн.
Однако газовым лазерам требуется источник питания постоянного тока высокого напряжения, а из газов выделяются вредные химические вещества, которые могут вызвать травмы кожи и глаз у сотрудников.
Примеры
- Эксимерные лазеры
- Криптоновые лазеры
- Аргоновые лазеры
- Гелий-неоновые лазеры
- Углекислотные лазеры
Приложения
Газовые лазеры служат множеству целей в различных областях: от научных исследований до медицины и телекоммуникаций. Они имеют превосходное качество луча и используются в оптоволоконной связи. HeNe-лазеры используются в образовательных и лабораторных демонстрациях из-за их видимого красного луча и относительной безопасности.
Кроме того, они используются в таких экспериментах, как ускорение частиц, голография, измерения загрязнения и спектроскопия. Газовые лазеры используются при различных видах лечения кожи и хирургии глаз. Газовые лазеры CO2 пригодятся во многих задачах обработки металлов, таких как резки, гравировка и сварка. Благодаря высокому поглощению воды CO2-лазеры используются для удаления опухолей, родинок и бородавок.
Свяжитесь с нашими специалистами сейчас！
Мы покроем все ваши потребности от проектирования до установки.
IV. Краситель Лазер
Лазеры на красителях может генерировать лазеры любой частоты ближнего ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов; следовательно, они известны как перестраиваемые лазеры. Они имеют широкое применение в различных областях.
Определение и базовая структура
Лазеры на красителях, также известные как жидкостные лазеры, используют органический краситель в качестве усиливающей среды. Одной из их ключевых особенностей является то, что они длину волны можно контролировать во время операции. В жидкостных лазерах обычно используются флуоресцеин натрия, родамин 6G или родамин B.
Как работает лазер на красителе?
Как мы уже упоминали выше, активной средой жидкостного лазера является органический краситель. При этом в качестве растворителей в них могут использоваться этиленгликоль, спирт или вода. Во-первых, краситель закачивается в капиллярную трубку из накопительной емкости. Краситель выходит из трубки с лампой-вспышкой, а выходной луч с помощью окна Брюстера перемещается к выходному ответвителю.
Выходной соединитель представляет собой 50% отражающее зеркало в то время как выходная длина волны сильно варьируется, а максимальный выходной сигнал 618 нм может быть достигнут. Лазеры на красителях доступны в видимой форме, имеют высокую выходную мощность, меньший диаметр и расходимость луча.
Переменные диапазоны длин волн могут создаваться с помощью лазеров на красителях и использоваться для широкого спектра функций в области медицины. Однако лазеры на красителях имеют высокую стоимость и очень сложную химическую формулу.
Примеры
- Струйный лазер на красителе
- Лазер на жидком азоте
- Лазер на красителе родамин 6G
- Полимерный лазер, легированный красителем
- Лазер на ароматических углеводородных красителях
Приложения
Лечение лазером на красителях лечит шрамы на теле, в том числе родимые пятна, такие как пятна от портвейна, сосудистые звездочки на лице и т. д. Длинноимпульсный лазер на красителе помогает лечить покраснение и тонкие линии. Перестраиваемые лазеры используются для разделения изотопов. Кроме того, лазер на органических красителях используется в биомедицинских науках, голографии и спектроскопии.
Эти лазеры способны возбуждать определенные молекулы, поэтому они помогают в молекулярные науки для изучения характеристик молекул. Наряду с твердотельными лазерами в нелинейных кристаллах, лазеры на красителях производят более короткие волны света, такие как УФ. Кроме того, они используются в фотохимии, где для начала или катализа реакции необходима определенная длина волны.
V. Полупроводниковый (диодный) лазер.
Полупроводниковые лазеры экономичны, более эффективны и потребляют меньше энергии, чем другие лазерные системы. Эти лазеры имеют уникальные особенности, такие как монохроматический характер, небольшой размер светового пятна и высокая плотность света. Благодаря этим свойствам диодные лазеры становятся популярными в энергетическом и медицинском секторах.
Определение и базовая структура
Лазерные диоды также имеют положительно-отрицательно заряженные переходы (PN), как и обычные диоды. Однако внутренний слой лазерный диод полируется для создания спонтанного излучения. Поскольку внутренний слой полируется, генерируемые фотоны усиливаются, преобразуя электрический ток в лазерный свет.
Полупроводниковые лазеры служат важнейшим медицинским целям, поскольку они используются в стоматологических процедурах, дерматологии и глазной хирургии. Кроме того, они широко используются в лазерных сканерах, принтерах, устройствах считывания штрих-кодов и т. д.
Как работает полупроводниковый (диодный) лазер?
Активной средой полупроводникового лазера является диод с прямым смещением PN-перехода. В этом переходе полупроводник n-типа имеет лишние электроны, а полупроводник p-типа — лишние дырки. Прикладывается напряжение прямого смещения, толкающее электроны и дырки в переход, где они притягиваются и сталкиваются. В ходе этого процесса возникают рекомбинационные излучения.
Избыточная энергия высвобождается в виде фотонов, которые дополнительно стимулируют рекомбинацию электронов и дырок, в конечном итоге создавая лазерный свет.
Эти лазеры имеют более длительный срок службы, низкая стоимость обслуживанияи сравнительно безопасная эксплуатация. Кроме того, они используют малое энергопотребление и работают в режиме постоянного тока низкого напряжения. С другой стороны, полупроводниковые лазеры чувствителен к перепадам температуры, и их выходной лазерный луч не узкий.
Примеры
- Квантовый каскадный лазер
- Лазерный диод с краевым излучением
- Диодный лазер с внешним резонатором (ECDL)
Приложения
Полупроводниковые лазеры используются в проигрывателях компакт-дисков и DVD для чтения и записи данных. Кроме того, они помогают в судебно-медицинской диагностике. Полупроводниковые лазеры используются в сканеры штрих-кода , так и Лазерные принтеры. Кроме того, они пригодятся в различных видах спектроскопии для определения характеристик материалов и химического анализа.
Диоды являются важными источниками света для оптоволоконной связи. Мощные диоды помогают при лазерной резке и сварке. В медицине их используют для лечения определенных заболеваний кожи, отбеливания зубов и операций на мягких тканях. Кроме того, диодные лазеры действуют как источник накачки для определенных типов, например твердотельных лазеров.
Свяжитесь с нашими специалистами сейчас！
Мы покроем все ваши потребности от проектирования до установки.
Сравнение 5 различных типов лазеров
Каждый тип лазера имеет различную выходную мощность, длину волны, область применения и другие характеристики. Мы подумали оформить для вас эту информацию в виде таблицы.
| Тип лазера | Пример | Выходная мощность | Импульсный или CW | Длина волны | Приложения |
|---|---|---|---|---|---|
| волокно | Yb-стекло | Вт-кВт | CW-фс | 1030 нм | ЛИДАР, ультракороткий импульс, обработка материалов |
| Газ | Аргон-ионный | 10 W | CW | 488 нм | Литография, микроскопия, фототерапия ретинолом. |
| жидкость | красящее вещество | 1 W | CW-фс | 400-1000nm | Лазерная медицина, спектроскопия |
| Полупроводник | GaN | 50 мВт | CW, нс | 410 нм | Чтение оптических дисков, запись |
| Твердое состояние | Ти: Саф | 10 W | CW-фс | 650-1100 | Многофотонная микроскопия, ЛИДАР, спектроскопия-ру |
Как выбрать правильный лазер для вашего проекта?
Выбор подходящего лазера для вашего проекта предполагает рассмотрение нескольких факторов:
- Требования к кандидатам: Определите конкретные задачи, для выполнения которых вам необходим лазер, например резку, сварку, гравировку или медицинское применение. Различные типы лазеров (CO2, оптоволоконный, диодный и т. д.) подходят для разных задач.
- Совместимость материалов: Убедитесь, что лазер совместим с материалами, с которыми вы планируете работать, будь то металлы, пластик, дерево или другие материалы. Некоторые лазеры более эффективны для определенных материалов, чем другие.
- Мощность и точность: Определите уровень мощности и точность, необходимые для вашего проекта. Лазеры большей мощности подходят для резки более толстых материалов, а лазеры меньшей мощности лучше подходят для детальной и деликатной работы.
- Бюджет и обслуживание: Рассмотрите свой бюджет, включая первоначальные затраты и расходы на долгосрочное обслуживание. Некоторые лазеры могут иметь более высокие первоначальные затраты, но меньшие потребности в обслуживании, в то время как другие могут быть дешевле на начальном этапе, но требуют большего обслуживания.
Оценив эти факторы, вы сможете выбрать лазер, который лучше всего соответствует потребностям вашего проекта и обеспечивает оптимальную производительность.
Часто задаваемые вопросы
1. Какой лазер используется для лазерной резки?
CO2 и волоконные лазеры используются для лазерной резки из-за их высокой мощности и эффективности. CO2-лазеры превосходно подходят для резки неметаллических материалов, таких как дерево и пластик, а волоконные лазеры идеально подходят для точной резки металлов.
2. Какой лазер используется для лазерной сварки?
Волоконные лазеры предпочтительнее для лазерная сварка потому что они обеспечивают концентрированный источник тепла и точный контроль, что обеспечивает прочные и чистые сварные швы, особенно в металлах.
3. Какой лазер используется для лазерной гравировки?
Диодные и CO2-лазеры используются для лазерной гравировки, поскольку они обеспечивают точный контроль при детальной работе. CO2-лазеры универсальны для различных материалов, а диодные лазеры эффективны для маркировки и гравировки на металлах и пластиках.
Заключение
Лазерные технологии постоянно развиваются, внедряются новые типы, открывая новые возможности. По мере дальнейшего совершенствования лазерных технологий мы увидим новые достижения в области науки и медицины.
Каждый тип лазера имеет свои отличительные преимущества, недостатки и области применения. Независимо от того, являетесь ли вы студентом, желающим узнать о различных типах лазеров, или бизнесменом, желающим использовать возможности лазерных технологий, это руководство поможет вам!
Инвестируете в лазерную систему? Получите бесплатный образец проверки в Baison!
Лазерные технологии обширны, что затрудняет выбор наиболее подходящего для вас варианта. Не существует универсального решения, подходящего всем, поэтому не соглашайтесь на меньшее. Позволять Байсон сделайте предположения и помогите вам выбрать ПРАВИЛЬНУЮ лазерную систему, которая соответствует вашим особым потребностям. Мы предлагаем комплексные оценки in лазерная маркировка, очистка, лазерная резка и сварка в одном месте.
