6 найпоширеніших типів лазерних генераторів
Лазерна технологія увійшла в життя людей з усіх боків, але існує багато типів лазерних генераторів, кожен з яких має різну довжину хвилі та різні характеристики, тому й сфери застосування також різні. Я вважаю, що більшість людей відчувають головний біль перед обличчям складних типів лазерних генераторів. Тому в цій статті узагальнено та пояснено характеристики та практичне застосування різних типів лазерних генераторів окремо.
За різними робочими середовищами лазерні генератори поділяються на 6 типів: твердотільні, газові, на барвнику, діодні, волоконні та лазерні генератори вільних електронів. Серед них є багато підрозділів твердотільних і газових лазерів. За винятком лазерів на вільних електронах, основні принципи роботи різних лазерів однакові, включаючи джерело накачування, оптичний резонатор і середовище підсилення.
Твердотільний лазерний генератор
У твердотільних лазерних генераторах світло зазвичай використовується як джерело накачування, а кристал або скло, які можуть генерувати світло, називають робочим матеріалом. Матеріал складається з матриці та активованого іона. Матеріал матриці забезпечує відповідне існування та робоче середовище для активованого іона, а активований іон завершує процес генерації лазера. Зазвичай використовувані активні іони - це переважно іони перехідних металів, такі як іони хрому, кобальту, нікелю та інші іони, а також іони рідкоземельних металів, такі як іони неодиму. В якості дзеркал-резонаторів використовуються дзеркала, покриті діелектричними плівками, одне з яких є повним дзеркалом, інше – напівдзеркалом. При використанні різних активованих іонів, різних матричних матеріалів і різних довжин хвиль світлового збудження будуть випромінюватися різні лазери з різними довжинами хвиль.
Вихідна довжина хвилі лазерного генератора рубінового лазера становить 694.3 нм, а коефіцієнт фотоелектричного перетворення низький, лише 0.1%. Однак його флуоресцентний термін служби довгий, що сприяє накопиченню енергії, і він може видавати високу пікову потужність імпульсу. Лазер, створюваний рубіновим стрижнем товщиною з сердечник пера і довгим пальцем, може легко проникнути через залізний лист. До появи більш ефективних лазерних систем на YAG рубінові лазерні системи широко використовувалися в лазерне різання і буріння. Крім того, світло 694 нм легко поглинається меланіном, тому рубінові лазери також використовуються для лікування пігментних уражень (шкірних плям).
Завдяки своїм кристалічним властивостям лазерний генератор Ti:Sapphire має широкий діапазон налаштування (тобто діапазон довжин хвиль, який можна налаштувати) і може виводити світло з довжиною хвилі 660-1200 нм, якщо це необхідно. У поєднанні зі зрілістю технології подвоєння частоти (яка може подвоїти частоту світла, тобто вдвічі зменшити довжину хвилі), діапазон довжин хвиль можна розширити до 330-600 нм. Титан-сапфірові лазерні системи використовуються в фемто2-спектроскопії, дослідженнях нелінійної оптики, генерації білого світла, генерації терагерцових хвиль тощо, а також мають застосування в медицині.
YAG - це абревіатура ітрій-алюмінієвого гранату, який є найпрекраснішою лазерною кристалічною матрицею на даний момент. Після легування неодимом (Nd) він може виводитися 1064nm світло, а максимальна безперервна вихідна потужність може досягати 1000 Вт. Раніше як джерело накачування використовували спалахову лампу інертного газу, але метод накачування спалаховою лампою має широкий спектральний діапазон, поганий збіг зі спектром поглинання середовища посилення та велике теплове навантаження, що призводить до низького коефіцієнта фотоелектричного перетворення. Таким чином, тепер можна досягти високої ефективності, високої потужності та тривалого терміну служби, використовуючи накачування LD (лазерним діодом). Лазерні генератори Nd:YAG можна використовувати при лікуванні гемангіом і пригнічують ріст пухлини. Однак термічне пошкодження тканини є невибірковим. Під час коагуляції кровоносних судин пухлини надлишок енергії також пошкоджує навколишні нормальні тканини, і після операції легко залишаються рубці. Тому лазер Nd:YAG в основному використовується в хірургії, гінекології, ЛОР і менше в дерматології.
Yb: YAG, ітербій (Yb) легований в YAG, який може випромінювати світло 1030 нм. Довжина хвилі насоса Yb:YAG становить 941 нм, що дуже близько до довжини хвилі виходу, що може досягти квантової ефективності насоса 91.4%, а тепло, що виділяється насосом, пригнічується в межах. 10% (більша частина вхідної енергії перетворюється на вихідну енергію, невелика частина якої стає теплом, означає, що ефективність перетворення дуже висока), що становить 25% до 30% Nd:YAG. Yb:YAG став одним із найпривабливіших твердотільних лазерних носіїв, а потужні Yb:YAG твердотільні лазерні генератори з LD-накачуванням стали новою гарячою точкою досліджень і вважаються одним із основних напрямків розробки високоефективних, потужних твердотільних лазерних генераторів.
На додаток до двох вищевказаних, YAG також можна легувати гольмієм (Ho), ербієм (Er) тощо. Ho:YAG виробляє безпечні для очей лазери з довжиною 2097 нм і 2091 нм, головним чином для оптичного зв’язку, радарів і медицини. Er:YAG випромінює світло 2.9 мкм, і людське тіло має високий рівень поглинання цієї довжини хвилі, що має великий потенціал застосування для лазерної хірургії та судинної хірургії.
Газовий лазерний генератор
Газові лазерні генератори - це лазерні системи, які використовують газ як середовище підсилення, як правило, накачуючи газові розряди. Типи газів включають атомарні гази (гелій-неон, іони благородних газів і пари металів), молекулярні гази (азот і вуглекислий газ), ексимерні гази та утворюються в результаті хімічних реакцій.
Лазерний генератор HeNe (HeNe) використовує суміш 75% або більше He та 15% або менше Ne як середовище підсилення. Залежно від робочого середовища він може випромінювати зелений (543.5 нм), жовтий (594.1 нм), помаранчевий (612.0 нм), червоний (632.8 нм) і 3 типи ближнього інфрачервоного світла (1152 нм, 1523 нм і 3391 нм), серед яких найчастіше використовується червоне світло (632.8 нм). Вихідний промінь HeNe-лазерного генератора має розподіл Гауса, а якість променя дуже стабільна. Незважаючи на невисоку потужність, він має хороші показники в області точних вимірювань.
Поширеними лазерними генераторами благородних газів є іони аргону (Ar+) і іони криптону (Kr+). Його коефіцієнт перетворення енергії може досягати 0.6%, і він може безперервно та стабільно видавати потужність 30-50 Вт протягом тривалого часу, а його термін служби перевищує 1000 годин. В основному використовується в лазерному дисплеї, раманівській спектроскопії, голографії, нелінійній оптиці та інших галузях досліджень, а також у медичній діагностиці, кольороподілі друку, метрологічній обробці матеріалів та обробці інформації.
Лазерні генератори на парах металів беруть за приклад пари міді. Лазерний генератор на парі міді в основному випромінює зелене світло (510.5 нм) і жовте світло (578.2 нм), яке може досягати середньої потужності 100 Вт і пікової потужності 100 кВт. Його основна область застосування - джерело накачування лазерних генераторів на барвнику. Крім того, його також можна використовувати для високошвидкісної фотозйомки зі спалахом, проекційного телебачення на великому екрані та обробки матеріалів.
Молекулярний лазерний генератор азоту використовує азот як середовище підсилення, яке може випромінювати ультрафіолетове світло 337.1 нм, 357.7 нм і 315.9 нм, а пікова потужність може досягати 45 кВт. Він може бути використаний як джерело світла насоса для лазерних генераторів на органічних барвниках, а також широко використовується в лазерному розділенні ізотопів, флуоресцентній діагностиці, надшвидкісній фотографії, виявленні забруднення, медичному обслуговуванні та сільськогосподарському розведенні. Оскільки його коротку довжину хвилі легше сфокусувати для отримання невеликої плями, його також можна використовувати для обробки субмікронних компонентів.
Середовище посилення, що використовується в CO2 Лазерний генератор — це вуглекислий газ, змішаний з гелієм і азотом, який може випромінювати дальнє інфрачервоне світло з центром на довжинах хвиль 9.6 мкм і 10.6 мкм. Генератор має високий коефіцієнт перетворення енергії, вихідна потужність може коливатися від кількох ват до десятків тисяч ват, а надзвичайно висока якість променя робить CO2 лазерний генератор широко використовується в обробці матеріалів, наукових дослідженнях, національній обороні та медицині. Ви зустрінете різне CO2 лазерні різаки та лазерні гравери для гравірування та різання дерева, МДФ, фанери, тканини, шкіри, скла, пластику та акрилу у вашому повсякденному житті та бізнесі.
Ексимери — це нестабільні молекули, наповнені сумішшю різних благородних газів і галогенних газів у резонаторі для генерування лазерів з різними довжинами хвиль. Збудження зазвичай досягається релятивістськими електронними пучками (енергія більше 200 кеВ) або швидкими поперечними імпульсними розрядами. Коли нестійкі молекулярні зв’язки ексимера у збудженому стані розриваються та дисоціюють на атоми основного стану, енергія збудженого стану виділяється у вигляді лазерного випромінювання. Він широко використовується в медицині, оптичному зв'язку, напівпровідникових дисплеях, дистанційному зондуванні, лазерній зброї та інших галузях.
Хімічний лазерний генератор — це особливий тип газової лазерної системи, яка використовує енергію, що виділяється під час хімічної реакції, для здійснення інверсії числа частинок. Більшість із них працює в режимі молекулярного переходу, і типовий діапазон довжин хвиль знаходиться в спектральній області від ближнього до середнього інфрачервоного. Найважливішими з них є фтороводневі (HF) і фтористо-дейтерійні (DF) пристрої. Перший може виводити більше 15 спектральних ліній від 2.6 до 3.3 мікрон; останній має близько 25 спектральних ліній між 3.5 і 4.2 мкм. Обидва пристрої наразі здатні виробляти кілька мегават. Через свою величезну енергію він зазвичай використовується в ядерній інженерії та військових сферах.
Лазерний генератор барвника
Лазерні генератори на барвнику використовують органічний барвник як лазерне середовище, як правило, рідкий розчин. Лазерні генератори на барвнику зазвичай можна використовувати в більш широкому діапазоні довжин хвиль, ніж газоподібні та твердотільні лазерні середовища. Їхня широка смуга пропускання робить їх особливо придатними для регульованих та імпульсних лазерних генераторів. Однак через короткий середній термін служби та обмежену вихідну потужність його в основному замінюють твердотільні лазери з регульованою довжиною хвилі, такі як титан-сапфірові.
Діодний лазерний генератор
Діодний лазерний генератор — лазерна система, яка використовує в якості робочої речовини напівпровідникові матеріали. Існує 3 режими збудження: електрична інжекція, збудження електронним пучком і оптична накачка. Невеликий розмір, низька ціна, висока ефективність, тривалий термін служби, низьке енергоспоживання, може використовуватися в електронній інформації, лазерному друку, лазерній указці, оптичному зв'язку, лазерному телебаченні, невеликому лазерному проекторі, електронній інформації, інтегрованій оптиці та інших областях.
Волоконний лазерний генератор
Волоконний лазерний генератор відноситься до типу лазерної системи, яка використовує скловолокно, леговане рідкоземельними елементами, як середовище підсилення. Він широко використовується в металевому та неметалевому друку, маркуванні, гравіруванні, свердлінні, різанні, очищенні, зварюванні (пайка, загартування водою, наплавлення та глибоке зварювання), військовій справі, обороні та безпеці, медичному обладнанні, великій інфраструктурі та як насос для інших лазерних джерел. Ви зустрінетеся волоконно-лазерні гравери для персоналізованих текстів і шаблонів, волоконно-лазерні різаки для виготовлення металу, волоконно-лазерні очисні машини для видалення іржі, зняття фарби та покриття, волоконно-лазерні зварювальні апарати для металевих з'єднань у вашому житті.
Лазерний генератор вільних електронів
Лазерний генератор вільних електронів є новим типом потужного джерела когерентного випромінювання, що відрізняється від традиційного лазерного генератора. Він не потребує газу, рідини чи твердого тіла як робочого матеріалу, а безпосередньо перетворює кінетичну енергію високоенергетичного електронного пучка в енергію когерентного випромінювання. Тому також можна вважати, що робочою речовиною лазерного генератора вільних електронів є вільні електрони. Він має низку чудових характеристик, таких як висока потужність, висока ефективність, широкий діапазон налаштування довжини хвилі та часова структура ультракоротких імпульсів. Окрім нього, не існує жодного лазерного генератора, який міг би мати ці функції одночасно. Він має значні перспективи в галузі досліджень фізики, лазерної зброї, лазерного термоядерного синтезу, фотохімії та оптичних комунікацій.
Подальше читання
Як встановити та використовувати EZCAD для машини для лазерного маркування?
EZCAD — це програмне забезпечення для лазерного маркування, яке використовується для УФ, CO2, або волоконно-лазерні системи маркування, як встановити та використовувати EZCAD2 або EZCAD3 для вашої лазерної маркувальної машини? Давайте почнемо вивчати посібник користувача програмного забезпечення EZCAD.
Дротяна ерозія чи лазерне різання: що краще для вас?
Вирішити між дротяною електроезією та лазерним різанням може бути трохи складно, у цій статті детально описано їх схожість і відмінності, щоб допомогти вам зробити кращий вибір.
Як створити машину для лазерного різання? - Посібник DIY
Чи плануєте ви створити власну машину для лазерного різання для любителів чи розпочати бізнес, щоб заробляти на ній гроші? Перегляньте цей посібник, щоб дізнатися, як зробити лазерний різак своїми руками, і виростіть у завидного професійного майстра.
10 найкращих волоконних лазерних різаків для металу
Дізнайтеся про найкращі лазерні різаки металу для будь-яких потреб у 2025 році – від домашніх до комерційних, від любителів до промислових виробників, від початкового рівня до професійних моделей.
Найкращі лазерні гравери для лез і ручок ножів 2025 року
Шукаєте лазерний гравірувальний верстат для нанесення логотипів, знаків, назв, тегів, візерунків або фотографій на заготовки леза чи ручки ножа? Огляд кращих CO2 та волоконно-лазерні гравери 2025 року для персоналізованих ножів із 3D глибоким гравіюванням, онлайн-гравіруванням, кольоровим гравіюванням і чорно-білим гравіюванням.
12 найпопулярніших зварювальних апаратів
Дізнайтеся 12 найпопулярніших зварювальних апаратів на STYLECNC з MIG, TIG, AC, DC, SAW, CO2 апарати газового, лазерного, плазмового, стикового, точкового зварювання, зварювання під тиском, SMAW та стрижневого зварювання.