Introduktion og anvendelse af almindeligt anvendte mainstream-lasere

Siden fremkomsten af ​​den første solid-state pulserende rubinlaser har udviklingen af ​​lasere været meget hurtig, og lasere med forskellige arbejdsmaterialer og driftstilstande er fortsat med at dukke op. Lasere er klassificeret på forskellige måder:

1. Ifølge driftstilstanden er den opdelt i: kontinuerlig laser, kvasi-kontinuerlig laser, pulslaser og ultrakort pulslaser.

Laseroutputtet fra den kontinuerlige laser er kontinuerligt og er meget udbredt inden for laserskæring, svejsning og beklædning. Dens arbejdskarakteristik er, at exciteringen af ​​arbejdsstoffet og det tilsvarende laseroutput kan fortsættes på en kontinuerlig måde over en lang periode. Da apparatets overophedningseffekt ofte er uundgåelig under kontinuerlig drift, skal der i de fleste tilfælde træffes passende køleforanstaltninger.

Pulslaser har en stor udgangseffekt og er velegnet til lasermarkering, skæring, afstandsmåling osv. Dens arbejdsegenskaber omfatter laserenergikompression for at danne smal pulsbredde, høj spidseffekt og justerbar gentagelsesfrekvens, hovedsageligt inklusive Q-switching, mode locking , MOPA og andre metoder. Da overophedningseffekten og kantflisningseffekten effektivt kan reduceres ved at øge enkeltpulseffekten, bruges den mest i finbehandling.

2. Ifølge arbejdsbåndet er det opdelt i: infrarød laser, laser for synligt lys, ultraviolet laser og røntgenlaser.

Mid-infrarøde lasere er hovedsageligt 10,6um CO2-lasere, der er meget udbredte;

Nær-infrarøde lasere er meget udbredt, herunder 1064~1070nm inden for laserbehandling; 1310 og 1550nm inden for optisk fiberkommunikation; 905nm og 1550nm inden for lidar-rangering; 878nm, 976nm osv. til pumpeapplikationer;

Da lasere med synligt lys kan frekvens-doble 532nm til 1064nm, er 532nm grønne lasere meget brugt i laserbehandling, medicinske applikationer osv.;

UV-lasere omfatter hovedsageligt 355nm og 266nm. Da UV er en kold lyskilde, bruges den mest til finbehandling, mærkning, medicinske applikationer osv.

3. Ifølge arbejdsmediet er det opdelt i: gaslaser, fiberlaser, solid laser, halvlederlaser osv.

3.1 Gaslasere omfatter hovedsageligt CO2-lasere, som bruger CO2-gasmolekyler som arbejdsmedium. Deres laserbølgelængder er 10,6 um og 9,6 um.

hovedfunktion:

-Bølgelængden er velegnet til behandling af ikke-metalmaterialer, hvilket gør op med problemet, at fiberlasere ikke kan behandle ikke-metaller, og har forskellige egenskaber fra fiberlaserbehandling i forarbejdningsområdet;

- Energikonverteringseffektiviteten er omkring 20% ​​~ 25%, den kontinuerlige udgangseffekt kan nå niveauet 104W, pulsudgangsenergien kan nå niveauet på 104 Joule, og pulsbredden kan komprimeres til nanosekundniveauet;

-Bølgelængden er lige i det atmosfæriske vindue og er meget mindre skadelig for det menneskelige øje end synligt lys og 1064nm infrarødt lys.

Det er meget udbredt i materialebehandling, kommunikation, radar, inducerede kemiske reaktioner, kirurgi osv. Det kan også bruges til laser-inducerede termonukleare reaktioner, laseradskillelse af isotoper og laservåben.

3.2 Fiberlaser refererer til en laser, der bruger sjældne jordarters element-doteret glasfiber som forstærkningsmedium. På grund af dens overlegne ydeevne og egenskaber samt omkostningsfordele er den i øjeblikket den mest udbredte laser. Funktionerne er som følger:

(1) God strålekvalitet: Bølgelederstrukturen af ​​den optiske fiber bestemmer, at fiberlaseren er let at opnå single transversal mode output, er lidt påvirket af eksterne faktorer og kan opnå høj lysstyrke laser output.

(2) Udgangslaseren har mange bølgelængder: Dette skyldes, at energiniveauerne for sjældne jordarters ioner er meget rige, og der er mange typer af sjældne jordarters ioner;

(3) Høj effektivitet: Den samlede elektro-optiske effektivitet af kommercielle fiberlasere er så høj som 25%, hvilket er gavnligt for omkostningsreduktion, energibesparelse og miljøbeskyttelse.

(4) Gode varmeafledningsegenskaber: glasmateriale har et ekstremt lavt volumen-til-areal-forhold, hurtig varmeafledning og lavt tab, så konverteringseffektiviteten er høj, og lasertærsklen er lav;

(5) Kompakt struktur og høj pålidelighed: Der er ingen optisk linse i resonanshulrummet, som har fordelene ved justeringsfri, vedligeholdelsesfri og høj stabilitet, som er uovertruffen af ​​traditionelle lasere;

(6) Lave fremstillingsomkostninger: Glasoptisk fiber har lave produktionsomkostninger, moden teknologi og fordelene ved miniaturisering og intensivering forårsaget af vindbarheden af ​​den optiske fiber.

Fiberlasere har en bred vifte af applikationer, herunder laserfiberkommunikation, laserrums-langdistancekommunikation, industriel skibsbygning, bilfremstilling, lasergravering, lasermærkning, laserskæring, trykruller, militært forsvar og sikkerhed, medicinsk udstyr og udstyr, og som pumper til andre lasere Pu Yuan og så videre.

3.3 Arbejdsmediet for faststoflasere er isolerende krystaller, som generelt exciteres ved optisk pumpning.

YAG-lasere (rubidium-doteret yttrium aluminium granatkrystal) bruger almindeligvis krypton- eller xenonlamper som pumpelamper, fordi kun nogle få specifikke bølgelængder af pumpelys vil blive absorberet af Nd-ioner, og det meste af energien vil blive omdannet til varmeenergi. Normalt er YAG Laser energikonverteringseffektivitet lav. Og den langsomme behandlingshastighed erstattes gradvist af fiberlasere.

Ny solid-state laser, en høj-effekt solid state laser pumpet af en halvleder laser. Fordelene er høj energikonverteringseffektivitet, den elektro-optiske konverteringseffektivitet for halvlederlasere er så høj som 50%, hvilket er meget højere end flashlampers; den reaktive varme, der genereres under drift, er lille, mellemtemperaturen er stabil, og den kan gøres til en fuldt hærdet enhed, hvilket eliminerer indflydelsen af ​​vibrationer, og laserspektrumlinjen er smallere, bedre frekvensstabilitet; lang levetid, enkel struktur og nem at bruge.

Den største fordel ved solid-state lasere i forhold til fiberlasere er, at enkeltpulsenergien er højere. Kombineret med ultrakort pulsmodulation er den kontinuerlige effekt generelt over 100W, og spidspulseffekten kan være så høj som 109W. Men fordi fremstillingen af ​​arbejdsmediet er mere kompliceret, er det dyrere.

Hovedbølgelængden er 1064 nm nær-infrarød, og 532 nm solid state laser, 355 nm solid state laser og 266 nm solid state laser kan opnås gennem frekvens fordobling.

3.4 Halvlederlaser, også kendt som laserdiode, er en laser, der bruger halvledermaterialer som arbejdsstof.

Halvlederlasere kræver ikke komplekse resonanshulrumsstrukturer, så de er meget velegnede til miniaturisering og letvægtsbehov. Dens fotoelektriske konverteringsrate er høj, dens levetid er lang, og den kræver ikke vedligeholdelse. Det bruges ofte ved pegning, visning, kommunikation og andre lejligheder. Det bruges også ofte som pumpekilde til andre lasere. Laserdioder, laserpointere og andre velkendte produkter bruger alle halvlederlasere.