Внедрение и применение широко используемых основных лазеров

С момента появления первого твердотельного импульсного рубинового лазера развитие лазеров шло очень быстро, и продолжали появляться лазеры с различными рабочими материалами и режимами работы. Лазеры классифицируются по различным признакам:

1. По режиму работы он подразделяется на: непрерывный лазер, квазинепрерывный лазер, импульсный лазер и ультракороткоимпульсный лазер.

Выходная мощность лазера непрерывного действия является непрерывной и широко используется в области лазерной резки, сварки и наплавки. Его рабочая характеристика заключается в том, что возбуждение рабочего вещества и соответствующая мощность лазера могут продолжаться непрерывно в течение длительного периода времени. Поскольку эффект перегрева устройства часто неизбежен при длительной работе, в большинстве случаев необходимо принять соответствующие меры по охлаждению.

Импульсный лазер имеет большую выходную мощность и подходит для лазерной маркировки, резки, измерения дальности и т. д. Его рабочие характеристики включают сжатие лазерной энергии для формирования узкой ширины импульса, высокой пиковой мощности и регулируемой частоты повторения, в основном включая переключение добротности, блокировку режима. , MOPA и другие методы. Поскольку эффект перегрева и эффект сколов кромок можно эффективно уменьшить за счет увеличения мощности одиночного импульса, он в основном используется при тонкой обработке.

2. В зависимости от рабочего диапазона он делится на: инфракрасный лазер, лазер видимого света, ультрафиолетовый лазер и рентгеновский лазер.

Лазеры среднего инфракрасного диапазона — это, в основном, широко используемые CO2-лазеры с длиной волны 10,6 мкм;

Широко используются лазеры ближнего инфракрасного диапазона, в том числе 1064–1070 нм в области лазерной обработки; 1310 и 1550 нм в области оптоволоконной связи; 905 нм и 1550 нм в области лидарной дальнометрии; 878 нм, 976 нм и т. д. для насосов;

Поскольку лазеры видимого света могут увеличивать частоту в два раза от 532 до 1064 нм, зеленые лазеры с длиной волны 532 нм широко используются в лазерной обработке, в медицинских целях и т. д.;

УФ-лазеры в основном включают длину волны 355 нм и 266 нм. Поскольку УФ является источником холодного света, его чаще всего используют при тонкой обработке, маркировке, в медицинских целях и т. д.

3. По рабочему телу подразделяются на: газовый лазер, волоконный лазер, твердотельный лазер, полупроводниковый лазер и т. д.

3.1. К газовым лазерам в основном относятся CO2-лазеры, в которых в качестве рабочего тела используются молекулы газа CO2. Их длина волны лазера составляет 10,6 мкм и 9,6 мкм.

Главная особенность:

-Длина волны подходит для обработки неметаллических материалов, что решает проблему, заключающуюся в том, что волоконные лазеры не могут обрабатывать неметаллы, и имеет характеристики, отличные от обработки волоконным лазером в области обработки;

-Эффективность преобразования энергии составляет около 20–25%, непрерывная выходная мощность может достигать уровня 104 Вт, выходная энергия импульса может достигать уровня 104 Джоулей, а ширина импульса может быть сжата до наносекундного уровня;

- Длина волны находится прямо в атмосферном окне и гораздо менее вредна для человеческого глаза, чем видимый свет и инфракрасный свет с длиной волны 1064 нм.

Он широко используется в обработке материалов, связи, радиолокации, химических реакциях, хирургии и т. д. Его также можно использовать для лазерно-индуцированных термоядерных реакций, лазерного разделения изотопов и лазерного оружия.

3.2 Волоконный лазер — это лазер, в котором в качестве усиливающей среды используется стекловолокно, легированное редкоземельными элементами. Благодаря своим превосходным характеристикам и характеристикам, а также ценовым преимуществам, в настоящее время он является наиболее широко используемым лазером. Особенности следующие:

(1) Хорошее качество луча: волноводная структура оптического волокна определяет, что волоконный лазер легко обеспечивает выходную мощность одной поперечной моды, мало подвержен влиянию внешних факторов и может достигать лазерного выхода высокой яркости.

(2) Выходной лазер имеет множество длин волн: это связано с тем, что энергетические уровни редкоземельных ионов очень богаты и существует много типов редкоземельных ионов;

(3) Высокая эффективность: общий электрооптический КПД коммерческих волоконных лазеров достигает 25%, что способствует снижению затрат, энергосбережению и защите окружающей среды.

(4) Хорошие характеристики рассеивания тепла: стеклянный материал имеет чрезвычайно низкое соотношение объема к площади, быстрое рассеивание тепла и низкие потери, поэтому эффективность преобразования высока, а порог лазера низкий;

(5) Компактная конструкция и высокая надежность: в резонансной полости нет оптической линзы, которая обладает преимуществами отсутствия регулировки, обслуживания и высокой стабильности, не имеющей себе равных среди традиционных лазеров;

(6) Низкая стоимость производства: Стеклянное оптическое волокно имеет низкую стоимость производства, отработанную технологию и преимущества миниатюризации и интенсификации, обусловленные способностью оптического волокна наматываться.

Волоконные лазеры имеют широкий спектр применений, включая лазерную оптоволоконную связь, лазерную космическую связь на дальние расстояния, промышленное судостроение, автомобилестроение, лазерную гравировку, лазерную маркировку, лазерную резку, печатные ролики, военную оборону и безопасность, медицинское оборудование и оборудование, а также в качестве накачек для других лазеров Пу Юань и тд.

3.3. Рабочей средой твердотельных лазеров являются изолирующие кристаллы, возбуждаемые, как правило, оптической накачкой.

В YAG-лазерах (кристалл иттрий-алюминиевого граната, легированного рубидием) обычно используются криптоновые или ксеноновые лампы в качестве ламп накачки, поскольку только несколько определенных длин волн света накачки будут поглощаться ионами Nd, и большая часть энергии будет преобразована в тепловую энергию. Обычно эффективность преобразования энергии YAG-лазера низкая. А медленная скорость обработки постепенно заменяется волоконными лазерами.

Новый твердотельный лазер — мощный твердотельный лазер с накачкой полупроводниковым лазером. Преимуществами являются высокая эффективность преобразования энергии, эффективность электрооптического преобразования полупроводниковых лазеров достигает 50%, что значительно выше, чем у ламп-вспышек; реактивное тепло, выделяемое во время работы, невелико, температура среды стабильна, и из него можно превратить полностью отвержденное устройство, устраняя влияние вибрации, а линия спектра лазера уже, лучшая стабильность частоты; длительный срок службы, простая структура и простота в использовании.

Основное преимущество твердотельных лазеров перед волоконными лазерами заключается в более высокой энергии одиночного импульса. В сочетании со сверхкороткой импульсной модуляцией непрерывная мощность обычно превышает 100 Вт, а пиковая импульсная мощность может достигать 109 Вт. Однако, поскольку подготовка рабочей среды сложнее, она дороже.

Основная длина волны составляет 1064 нм в ближнем инфракрасном диапазоне, а твердотельный лазер с длиной волны 532 нм, твердотельный лазер с длиной волны 355 нм и твердотельный лазер с длиной волны 266 нм можно получить за счет удвоения частоты.

3.4 Полупроводниковый лазер, также известный как лазерный диод, представляет собой лазер, в котором в качестве рабочего вещества используются полупроводниковые материалы.

Полупроводниковые лазеры не требуют сложных структур резонансного резонатора, поэтому они очень подходят для миниатюризации и облегчения задач. Его коэффициент фотоэлектрического преобразования высок, срок службы длительный и не требует обслуживания. Его часто используют для наведения, отображения, связи и других случаях. Он также часто используется в качестве источника накачки для других лазеров. Лазерные диоды, лазерные указки и другие знакомые продукты используют полупроводниковые лазеры.