Introductie en toepassingen van veelgebruikte reguliere lasers

Sinds de komst van de eerste gepulseerde robijnlaser in vaste toestand is de ontwikkeling van lasers zeer snel gegaan, en er zijn nog steeds lasers met verschillende werkmaterialen en werkingsmodi verschenen. Lasers worden op verschillende manieren geclassificeerd:

1. Afhankelijk van de bedieningsmodus is deze onderverdeeld in: continue laser, quasi-continue laser, pulslaser en ultrakorte pulslaser.

De laseroutput van de continue laser is continu en wordt veel gebruikt op het gebied van lasersnijden, lassen en cladden. Het werkingskenmerk ervan is dat de excitatie van de werksubstantie en het bijbehorende laservermogen continu gedurende een lange tijdsperiode kan worden voortgezet. Omdat het oververhittingseffect van het apparaat bij continu gebruik vaak onvermijdelijk is, moeten in de meeste gevallen passende koelmaatregelen worden genomen.

Pulslaser heeft een groot uitgangsvermogen en is geschikt voor lasermarkeren, snijden, bereik, enz. De werkeigenschappen omvatten laserenergiecompressie om een ​​smalle pulsbreedte, hoog piekvermogen en instelbare herhalingsfrequentie te vormen, voornamelijk inclusief Q-switching, modusvergrendeling , MOPA en andere methoden. Omdat het oververhittingseffect en het randafbrokkeleffect effectief kunnen worden verminderd door het enkele pulsvermogen te vergroten, wordt het meestal gebruikt bij fijne verwerking.

2. Volgens de werkband is deze verdeeld in: infraroodlaser, zichtbaarlichtlaser, ultraviolette laser en röntgenlaser.

Midden-infraroodlasers zijn voornamelijk 10,6um CO2-lasers die veel worden gebruikt;

Nabij-infraroodlasers worden veel gebruikt, waaronder 1064 ~ 1070 nm op het gebied van laserverwerking; 1310 en 1550 nm op het gebied van optische vezelcommunicatie; 905 nm en 1550 nm op het gebied van lidar-bereik; 878 nm, 976 nm, enz. voor pomptoepassingen;

Omdat lasers met zichtbaar licht de frequentie kunnen verdubbelen van 532 nm tot en met 1064 nm, worden groene lasers van 532 nm veel gebruikt in laserverwerking, medische toepassingen, enz.;

UV-lasers omvatten voornamelijk 355 nm en 266 nm. Omdat UV een bron van koud licht is, wordt het vooral gebruikt bij fijnverwerking, markeren, medische toepassingen, enz.

3. Afhankelijk van het werkmedium is het verdeeld in: gaslaser, fiberlaser, vaste laser, halfgeleiderlaser, enz.

3.1 Gaslasers omvatten voornamelijk CO2-lasers, die CO2-gasmoleculen als werkmedium gebruiken. Hun lasergolflengten zijn 10,6um en 9,6um.

belangrijkste kenmerk:

-De golflengte is geschikt voor het verwerken van niet-metalen materialen, wat het probleem compenseert dat fiberlasers geen niet-metalen kunnen verwerken, en heeft andere kenmerken dan fiberlaserverwerking op het gebied van verwerking;

-De energieomzettingsefficiëntie is ongeveer 20% ~ 25%, het continue uitgangsvermogen kan het niveau van 104W bereiken, de pulsuitgangsenergie kan het niveau van 104 Joule bereiken en de pulsbreedte kan worden gecomprimeerd tot het nanosecondeniveau;

-De golflengte ligt precies in het atmosferische venster en is veel minder schadelijk voor het menselijk oog dan zichtbaar licht en 1064 nm infrarood licht.

Het wordt veel gebruikt in materiaalverwerking, communicatie, radar, geïnduceerde chemische reacties, chirurgie, enz. Het kan ook worden gebruikt voor lasergeïnduceerde thermonucleaire reacties, laserscheiding van isotopen en laserwapens.

3.2 Vezellaser verwijst naar een laser die met zeldzame aardelementen gedoteerde glasvezel als versterkingsmedium gebruikt. Vanwege zijn superieure prestaties en eigenschappen, evenals kostenvoordelen, is het momenteel de meest gebruikte laser. Kenmerken zijn als volgt:

(1) Goede straalkwaliteit: de golfgeleiderstructuur van de optische vezel bepaalt dat de vezellaser gemakkelijk een enkele transversale modusuitvoer kan verkrijgen, weinig wordt beïnvloed door externe factoren en een laseruitvoer met hoge helderheid kan bereiken.

(2) De uitgangslaser heeft veel golflengten: dit komt omdat de energieniveaus van zeldzame aardionen erg rijk zijn en er veel soorten zeldzame aardionen zijn;

(3) Hoge efficiëntie: de totale elektro-optische efficiëntie van commerciële fiberlasers bedraagt ​​maar liefst 25%, wat gunstig is voor de kostenreductie, energiebesparing en milieubescherming.

(4) Goede warmteafvoereigenschappen: glasmateriaal heeft een extreem lage volume-oppervlakteverhouding, snelle warmteafvoer en laag verlies, dus de conversie-efficiëntie is hoog en de laserdrempel laag;

(5) Compacte structuur en hoge betrouwbaarheid: er zit geen optische lens in de resonantieholte, wat de voordelen heeft van aanpassingsvrij, onderhoudsvrij en hoge stabiliteit, wat ongeëvenaard is door traditionele lasers;

(6) Lage productiekosten: optische glasvezel heeft lage productiekosten, volwassen technologie en de voordelen van miniaturisatie en intensivering die worden veroorzaakt door de wikkelbaarheid van de optische vezel.

Vezellasers hebben een breed scala aan toepassingen, waaronder laservezelcommunicatie, laserruimte langeafstandscommunicatie, industriële scheepsbouw, autoproductie, lasergraveren, lasermarkering, lasersnijden, drukrollen, militaire defensie en veiligheid, medische apparatuur en uitrusting, en als pompen voor andere lasers Pu Yuan enzovoort.

3.3 Het werkmedium van vastestoflasers zijn isolerende kristallen, die doorgaans worden geëxciteerd door optisch pompen.

YAG-lasers (rubidium-gedoteerd yttrium-aluminium-granaatkristal) gebruiken gewoonlijk krypton- of xenonlampen als pomplampen, omdat slechts een paar specifieke golflengten van pomplicht worden geabsorbeerd door Nd-ionen, en het grootste deel van de energie wordt omgezet in warmte-energie. Meestal is de energieconversie-efficiëntie van de YAG-laser laag. En de trage verwerkingssnelheid wordt geleidelijk vervangen door fiberlasers.

Nieuwe vastestoflaser, een krachtige vastestoflaser die wordt gepompt door een halfgeleiderlaser. De voordelen zijn een hoge energieomzettingsefficiëntie; de ​​elektro-optische conversie-efficiëntie van halfgeleiderlasers is maar liefst 50%, wat veel hoger is dan die van flitslampen; de tijdens bedrijf gegenereerde reactieve warmte is klein, de mediumtemperatuur is stabiel en er kan een volledig uitgehard apparaat van worden gemaakt, waardoor de invloed van trillingen wordt geëlimineerd, en de laserspectrumlijn is smaller, betere frequentiestabiliteit; lange levensduur, eenvoudige structuur en gemakkelijk te gebruiken.

Het belangrijkste voordeel van vastestoflasers ten opzichte van vezellasers is dat de energie van één enkele puls hoger is. Gecombineerd met ultrakorte pulsmodulatie ligt het continue vermogen doorgaans boven de 100 W en kan het piekpulsvermogen oplopen tot 109 W. Omdat de bereiding van het werkmedium echter ingewikkelder is, is het duurder.

De hoofdgolflengte is 1064 nm nabij-infrarood, en 532 nm vaste-stoflaser, 355 nm vaste-stoflaser en 266 nm vaste-stoflaser kunnen worden verkregen door frequentieverdubbeling.

3.4 Halfgeleiderlaser, ook wel laserdiode genoemd, is een laser die halfgeleidermaterialen als werkstof gebruikt.

Halfgeleiderlasers vereisen geen complexe resonante holtestructuren, dus ze zijn zeer geschikt voor miniaturisatie en lichtgewichtbehoeften. De foto-elektrische conversie is hoog, de levensduur is lang en er is geen onderhoud nodig. Het wordt vaak gebruikt bij aanwijzen, weergeven, communicatie en andere gelegenheden. Het wordt ook vaak gebruikt als pompbron voor andere lasers. Laserdiodes, laserpointers en andere bekende producten maken allemaal gebruik van halfgeleiderlasers.