Az általánosan használt mainstream lézerek bemutatása és alkalmazásai

Az első szilárdtest impulzusos rubinlézer megjelenése óta a lézerek fejlődése igen gyors, és folyamatosan megjelentek a különféle munkaanyaggal és üzemmóddal rendelkező lézerek. A lézereket többféleképpen osztályozzák:

1. A működési mód szerint fel van osztva: folyamatos lézerre, kvázi folyamatos lézerre, impulzuslézerre és ultrarövid impulzuslézerre.

A folyamatos lézer lézerkimenete folyamatos, és széles körben használják a lézeres vágás, hegesztés és burkolat területén. Működési jellemzője, hogy a munkaanyag gerjesztése és a hozzá tartozó lézerkibocsátás folyamatosan, hosszú ideig folytatható. Mivel a készülék túlmelegedési hatása a folyamatos működés során gyakran elkerülhetetlen, ezért a legtöbb esetben megfelelő hűtési intézkedéseket kell tenni.

Az impulzuslézer nagy kimenő teljesítménnyel rendelkezik, és alkalmas lézeres jelölésre, vágásra, tartománybeállításra stb. Működési jellemzői közé tartozik a lézerenergia-kompresszió a szűk impulzusszélesség kialakítására, a nagy csúcsteljesítmény és az állítható ismétlési frekvencia, főként a Q-kapcsolással, az üzemmód rögzítésével. , MOPA és más módszerek. Mivel az egyimpulzusteljesítmény növelésével hatékonyan csökkenthető a túlmelegedés és az élcsipke hatás, ezért leginkább finomfeldolgozásban használják.

2. A munkasáv szerint a következőkre oszlik: infravörös lézer, látható fény lézer, ultraibolya lézer és röntgenlézer.

A közép-infravörös lézerek főként 10,6 um CO2 lézerek, amelyeket széles körben használnak;

A közeli infravörös lézereket széles körben használják, beleértve a 1064-1070 nm-es lézeres feldolgozást; 1310 és 1550 nm az optikai szálas kommunikáció területén; 905 nm és 1550 nm a lidar hatótávolság terén; 878 nm, 976 nm stb. szivattyús alkalmazásokhoz;

Mivel a látható fény lézerei 532 nm-től 1064 nm-ig képesek megduplázni a frekvenciát, az 532 nm-es zöld lézereket széles körben használják lézeres feldolgozásban, orvosi alkalmazásokban stb.;

Az UV lézerek főleg 355 nm és 266 nm. Mivel az UV hideg fényforrás, leginkább finomfeldolgozásra, jelölésre, orvosi alkalmazásokra stb.

3. A munkaközeg szerint fel van osztva: gázlézer, szál lézer, szilárd lézer, félvezető lézer stb.

3.1 A gázlézerek közé elsősorban a CO2 lézerek tartoznak, amelyek CO2 gázmolekulákat használnak munkaközegként. A lézer hullámhossza 10,6 um és 9,6 um.

fő jellemzője:

- A hullámhossz nem fémes anyagok feldolgozására alkalmas, ami pótolja azt a problémát, hogy a szálas lézerek nem tudnak nem fémeket feldolgozni, és a szálas lézeres feldolgozástól eltérő jellemzőkkel rendelkezik a feldolgozó területen;

- Az energiaátalakítás hatékonysága körülbelül 20% ~ 25%, a folyamatos kimeneti teljesítmény elérheti a 104 W szintet, az impulzus kimeneti energia elérheti a 104 Joule szintet, és az impulzus szélessége nanoszekundumos szintre tömöríthető;

-A hullámhossz pontosan a légköri ablakban van, és sokkal kevésbé káros az emberi szemre, mint a látható fény és az 1064 nm-es infravörös fény.

Széles körben használják anyagfeldolgozásban, kommunikációban, radarban, indukált kémiai reakciókban, sebészetben stb. Használható lézerrel kiváltott termonukleáris reakciókhoz, izotópok lézeres szétválasztásához és lézerfegyverekhez is.

3.2 A szálas lézer olyan lézerre vonatkozik, amely ritkaföldfém elemekkel adalékolt üvegszálat használ erősítő közegként. Kiváló teljesítménye és jellemzői, valamint költségelőnyei miatt jelenleg a legszélesebb körben használt lézer. Jellemzői a következők:

(1) Jó sugárminőség: Az optikai szál hullámvezető szerkezete meghatározza, hogy a szálas lézer könnyen elérhető egy transzverzális üzemmódú kimenet, kevéssé befolyásolja a külső tényezők, és nagy fényerejű lézerkimenetet érhet el.

(2) A kimeneti lézernek sok hullámhossza van: Ez azért van, mert a ritkaföldfém-ionok energiaszintje nagyon gazdag, és sokféle ritkaföldfém-ion létezik;

(3) Nagy hatékonyság: A kereskedelmi szálas lézerek általános elektro-optikai hatékonysága eléri a 25%-ot, ami előnyös a költségcsökkentés, az energiatakarékosság és a környezetvédelem szempontjából.

(4) Jó hőelvezetési jellemzők: az üveganyag rendkívül alacsony térfogat/terület arányú, gyors hőelvezetéssel és alacsony veszteséggel rendelkezik, így az átalakítás hatékonysága magas és a lézerküszöb alacsony;

(5) Kompakt szerkezet és nagy megbízhatóság: A rezonáns üregben nincs optikai lencse, amelynek előnye a beállításmentes, karbantartásmentes és nagy stabilitás, amely páratlan a hagyományos lézereknél;

(6) Alacsony gyártási költség: Az üvegoptikai szál alacsony gyártási költséggel, fejlett technológiával, valamint az optikai szál tekercselhetőségéből adódó miniatürizálás és intenzifikáció előnyeivel rendelkezik.

A szálas lézerek széles körben alkalmazhatók, beleértve a lézerszálas kommunikációt, a lézeres űrtávközlést, az ipari hajógyártást, az autógyártást, a lézergravírozást, a lézeres jelölést, a lézeres vágást, a nyomóhengereket, a katonai védelmet és biztonságot, az orvosi berendezéseket és felszereléseket, és szivattyúként más lézerekhez Pu Yuan és így tovább.

3.3 A szilárdtestlézerek munkaközege szigetelő kristályok, amelyeket általában optikai pumpálással gerjesztenek.

A YAG lézerek (rubídium-adalékolt ittrium-alumínium gránátkristály) általában kripton- vagy xenonlámpákat használnak pumpás lámpaként, mivel a szivattyú fényének csak néhány meghatározott hullámhosszát nyeli el az Nd-ionok, és az energia nagy része hőenergiává alakul. A YAG lézeres energiaátalakítás hatékonysága általában alacsony. A lassú feldolgozási sebességet pedig fokozatosan felváltják a szálas lézerek.

Új félvezető lézer, nagy teljesítményű félvezető lézerrel pumpált félvezető lézer. Előnye a nagy energiaátalakítási hatékonyság, a félvezető lézerek elektro-optikai konverziós hatásfoka eléri az 50%-ot, ami jóval magasabb, mint a vakulámpáké; a működés közben keletkező reaktív hő kicsi, a középhőmérséklet stabil, és teljesen kikeményedett eszközzé tehető, kiküszöbölve a rezgés hatását, és a lézer spektrumvonala szűkebb, jobb frekvenciastabilitás; hosszú élettartam, egyszerű szerkezet és könnyen használható.

A szilárdtestlézerek fő előnye a szálas lézerekkel szemben, hogy az egyetlen impulzus energiája magasabb. Az ultrarövid impulzusmodulációval kombinálva a folyamatos teljesítmény általában 100 W felett van, az impulzus csúcsteljesítménye pedig akár 109 W is lehet. Mivel azonban a munkaközeg elkészítése bonyolultabb, ezért drágább.

A fő hullámhossz 1064 nm közeli infravörös, és 532 nm szilárdtestlézer, 355 nm szilárdtestlézer és 266 nm szilárdtestlézer érhető el a frekvencia megduplázásával.

3.4 A félvezető lézer, más néven lézerdióda, olyan lézer, amely munkaanyagként félvezető anyagokat használ.

A félvezető lézerek nem igényelnek bonyolult rezonáns üregszerkezeteket, így kiválóan alkalmasak a miniatürizálásra és a könnyű súlyú igényekre. Fotoelektromos konverziós aránya magas, élettartama hosszú, karbantartást nem igényel. Gyakran használják mutatásra, megjelenítésre, kommunikációs távolságmeghatározásra és egyéb alkalmakkor. Gyakran használják más lézerek szivattyúforrásaként is. A lézerdiódák, lézermutatók és más ismert termékek mind félvezető lézert használnak.