Introdução e aplicações de lasers convencionais comumente usados

Desde o advento do primeiro laser de rubi pulsado de estado sólido, o desenvolvimento de lasers tem sido muito rápido e lasers com vários materiais de trabalho e modos de operação continuaram a aparecer. Os lasers são classificados de várias maneiras:

1. De acordo com o modo de operação, ele é dividido em: laser contínuo, laser quase contínuo, laser de pulso e laser de pulso ultracurto.

A saída do laser contínuo é contínua e é amplamente utilizada nas áreas de corte a laser, soldagem e revestimento. Sua característica de trabalho é que a excitação da substância de trabalho e a saída do laser correspondente podem continuar de maneira contínua por um longo período de tempo. Como o efeito de superaquecimento do dispositivo é muitas vezes inevitável durante a operação contínua, na maioria dos casos devem ser tomadas medidas de resfriamento adequadas.

O laser de pulso tem uma grande potência de saída e é adequado para marcação, corte, alcance, etc. Suas características de trabalho incluem compressão de energia do laser para formar largura de pulso estreita, alta potência de pico e frequência de repetição ajustável, incluindo principalmente comutação Q, bloqueio de modo , MOPA e outros métodos. Como o efeito de superaquecimento e o efeito de lascamento das bordas podem ser efetivamente reduzidos aumentando a potência do pulso único, ele é usado principalmente no processamento fino.

2. De acordo com a faixa de trabalho, é dividido em: laser infravermelho, laser de luz visível, laser ultravioleta e laser de raios X.

Os lasers infravermelhos médios são principalmente lasers de CO2 de 10,6um que são amplamente utilizados;

Lasers infravermelhos próximos são amplamente utilizados, incluindo 1064 ~ 1070 nm na área de processamento a laser; 1310 e 1550 nm na área de comunicação por fibra óptica; 905nm e 1550nm na área de alcance lidar; 878nm, 976nm, etc. para aplicações de bomba;

Como os lasers de luz visível podem dobrar a frequência de 532 nm a 1064 nm, os lasers verdes de 532 nm são amplamente utilizados no processamento de laser, aplicações médicas, etc.;

Os lasers UV incluem principalmente 355 nm e 266 nm. Como o UV é uma fonte de luz fria, ele é usado principalmente em processamento fino, marcação, aplicações médicas, etc.

3. De acordo com o meio de trabalho, é dividido em: laser a gás, laser de fibra, laser sólido, laser semicondutor, etc.

3.1 Os lasers de gás incluem principalmente lasers de CO2, que usam moléculas de gás CO2 como meio de trabalho. Seus comprimentos de onda de laser são 10,6um e 9,6um.

Característica principal:

-O comprimento de onda é adequado para o processamento de materiais não metálicos, o que compensa o problema de que os lasers de fibra não podem processar não metais e possui características diferentes do processamento do laser de fibra na área de processamento;

-A eficiência de conversão de energia é de cerca de 20% ~ 25%, a potência de saída contínua pode atingir o nível de 104W, a energia de saída de pulso pode atingir o nível de 104 Joules e a largura do pulso pode ser comprimida ao nível de nanossegundos;

-O comprimento de onda está na janela atmosférica e é muito menos prejudicial ao olho humano do que a luz visível e a luz infravermelha de 1064 nm.

É amplamente utilizado em processamento de materiais, comunicações, radar, reações químicas induzidas, cirurgia, etc. Também pode ser usado para reações termonucleares induzidas por laser, separação de isótopos a laser e armas a laser.

3.2 Laser de fibra refere-se a um laser que usa fibra de vidro dopada com elementos de terras raras como meio de ganho. Devido ao seu desempenho e características superiores, bem como às vantagens de custo, é atualmente o laser mais utilizado. Os recursos são os seguintes:

(1) Boa qualidade do feixe: A estrutura do guia de ondas da fibra óptica determina que o laser de fibra é fácil de obter saída de modo transversal único, é pouco afetado por fatores externos e pode atingir saída de laser de alto brilho.

(2) O laser de saída tem muitos comprimentos de onda: isso ocorre porque os níveis de energia dos íons de terras raras são muito ricos e existem muitos tipos de íons de terras raras;

(3) Alta eficiência: A eficiência eletro-óptica geral dos lasers de fibra comerciais chega a 25%, o que é benéfico para a redução de custos, conservação de energia e proteção ambiental.

(4) Boas características de dissipação de calor: o material de vidro tem uma relação volume-área extremamente baixa, rápida dissipação de calor e baixa perda, de modo que a eficiência de conversão é alta e o limite do laser é baixo;

(5) Estrutura compacta e alta confiabilidade: Não há lente óptica na cavidade ressonante, que tem as vantagens de ser livre de ajustes, livre de manutenção e alta estabilidade, incomparável aos lasers tradicionais;

(6) Baixo custo de fabricação: A fibra óptica de vidro tem baixo custo de fabricação, tecnologia madura e as vantagens da miniaturização e intensificação proporcionadas pela capacidade de vento da fibra óptica.

Os lasers de fibra têm uma ampla gama de aplicações, incluindo comunicações de fibra laser, comunicações espaciais de longa distância a laser, construção naval industrial, fabricação de automóveis, gravação a laser, marcação a laser, corte a laser, rolos de impressão, defesa e segurança militar, equipamentos e equipamentos médicos, e como bombas para outros lasers Pu Yuan e assim por diante.

3.3 O meio de trabalho dos lasers de estado sólido são os cristais isolantes, que geralmente são excitados por bombeamento óptico.

Lasers YAG (cristal de granada de ítrio-alumínio dopado com rubídio) geralmente usam lâmpadas de criptônio ou xenônio como lâmpadas de bomba, porque apenas alguns comprimentos de onda específicos da luz da bomba serão absorvidos por íons Nd, e a maior parte da energia será convertida em energia térmica. Normalmente, a eficiência de conversão de energia do laser YAG é baixa. E a lenta velocidade de processamento é gradualmente substituída por lasers de fibra.

Novo laser de estado sólido, um laser de estado sólido de alta potência bombeado por um laser semicondutor. As vantagens são a alta eficiência de conversão de energia, a eficiência de conversão eletro-óptica dos lasers semicondutores chega a 50%, o que é muito maior que a das lâmpadas flash; o calor reativo gerado durante a operação é pequeno, a temperatura média é estável e pode ser transformado em um dispositivo totalmente curado, eliminando a influência da vibração, e a linha do espectro do laser é mais estreita, melhor estabilidade de frequência; longa vida, estrutura simples e fácil de usar.

A principal vantagem dos lasers de estado sólido sobre os lasers de fibra é que a energia do pulso único é maior. Combinada com a modulação de pulso ultracurta, a potência contínua é geralmente acima de 100W e a potência de pulso de pico pode chegar a 109W. Contudo, porque a preparação do meio de trabalho é mais complicada, é mais cara.

O comprimento de onda principal é o infravermelho próximo de 1064 nm, e o laser de estado sólido de 532 nm, o laser de estado sólido de 355 nm e o laser de estado sólido de 266 nm podem ser obtidos através da duplicação de frequência.

3.4 O laser semicondutor, também conhecido como diodo laser, é um laser que utiliza materiais semicondutores como substância de trabalho.

Os lasers semicondutores não requerem estruturas complexas de cavidades ressonantes, por isso são muito adequados para miniaturização e necessidades leves. Sua taxa de conversão fotoelétrica é alta, sua vida útil é longa e não requer manutenção. É frequentemente usado para apontar, exibir, comunicar e outras ocasiões. Também é frequentemente usado como fonte de bomba para outros lasers. Diodos laser, ponteiros laser e outros produtos familiares usam lasers semicondutores.