La tecnologia làser ha entrat a la vida de les persones des de tots els aspectes, però hi ha molts tipus de generadors làser, cadascun amb diferents longituds d'ona i característiques diferents, de manera que els camps d'aplicació també són diferents. Crec que la majoria de la gent sent una mica de maldecap davant dels complicats tipus de generadors làser. Per tant, aquest article resumeix i explica les característiques i aplicacions pràctiques de diversos tipus de generadors làser un per un.
Segons els diferents medis de treball, els generadors làser es divideixen en 6 tipus: làsers d'estat sòlid, de gas, de colorant, de díode, de fibra i d'electrons lliures. Entre ells, hi ha moltes subdivisions de làsers d'estat sòlid i de gas. Excepte els làsers d'electrons lliures, els principis bàsics de funcionament de diversos làsers són els mateixos, incloent-hi la font de bombament, el ressonador òptic i el medi de guany.
Generador làser d'estat sòlid
En els generadors làser d'estat sòlid, la llum s'utilitza generalment com a font de bombament, i el cristall o vidre que pot generar llum s'anomena material de treball. El material està compost d'una matriu i un ió activat. El material de la matriu proporciona un entorn d'existència i treball adequats per a l'ió activat, i l'ió activat completa el procés de generació del làser. Els ions actius que s'utilitzen habitualment són principalment ions de metalls de transició, com ara crom, cobalt, níquel i altres ions i ions de metalls de terres rares, com ara ions de neodimi. Els miralls recoberts amb pel·lícules dielèctriques s'utilitzen com a miralls ressonadors, un dels quals és un mirall complet i l'altre és un mig mirall. Quan s'utilitzen diferents ions activats, diferents materials de matriu i diferents longituds d'ona d'excitació de la llum, s'emetran diversos làsers de diferents longituds d'ona.
La longitud d'ona del làser de sortida del generador làser de robí és de 694.3 nm, i la taxa de conversió fotoelèctrica és baixa, només del 0.1%. Tanmateix, la seva vida útil fluorescent és llarga, cosa que afavoreix l'emmagatzematge d'energia, i pot generar una alta potència de pic d'impuls. El làser generat per una vareta de robí amb el gruix d'un nucli de ploma i un dit llarg pot penetrar fàcilment la làmina de ferro. Abans de l'aparició de sistemes làser YAG més eficients, els sistemes làser de robí s'utilitzaven àmpliament en tall làser i perforació. A més, la llum de 694 nm és fàcilment absorbida per la melanina, per la qual cosa els làsers de robí també s'utilitzen en el tractament de lesions pigmentades (taques a la pell).
A causa de les seves propietats cristal·lines, el generador làser de Ti:Safir té un ampli rang sintonitzable (és a dir, el rang de longitud d'ona sintonitzable) i pot emetre llum amb una longitud d'ona de 660 nm-1200 nm segons calgui. Juntament amb la maduresa de la tecnologia de duplicació de freqüència (que pot duplicar la freqüència de la llum, és a dir, reduir a la meitat la longitud d'ona), el rang de longitud d'ona es pot ampliar a 330 nm-600 nm. Els sistemes làser de titani i safir s'utilitzen en espectroscòpia de femto2n, investigació d'òptica no lineal, generació de llum blanca, generació d'ones de terahertz, etc., i també tenen aplicacions en bellesa mèdica.
YAG és l'abreviatura de granat d'itri i alumini, que és la matriu cristal·lina làser més excel·lent actualment. Després de ser dopat amb neodimi (Nd), pot produir 1064nm llum, i la potència màxima de sortida contínua pot arribar als 1000 W. En els primers temps, s'utilitzava una làmpada flash de gas inert com a font de bombament, però el mètode de bombament de làmpada flash té un ampli rang espectral, una mala coincidència amb l'espectre d'absorció del medi de guany i una gran càrrega tèrmica, cosa que resulta en una baixa taxa de conversió fotoelèctrica. Així doncs, ara, utilitzant el bombament LD (díode làser), es pot aconseguir una alta eficiència, alta potència i llarga vida útil. Els generadors làser Nd:YAG es poden utilitzar en el tractament d'hemangiomes i inhibir el creixement tumoral. Tanmateix, el dany tèrmic al teixit no és selectiu. Mentre es coagula els vasos sanguinis del tumor, l'excés d'energia també danyarà el teixit normal circumdant i és fàcil deixar cicatrius després de la cirurgia. Per tant, el làser Nd:YAG s'utilitza principalment en cirurgia, ginecologia, otorrinolaringologia i menys en dermatologia.
Yb: YAG, l'itterbi (Yb) està dopat en YAG, que pot emetre llum de 1030 nm. La longitud d'ona de la bomba de Yb: YAG és de 941 nm, que és molt propera a la longitud d'ona de sortida, que pot aconseguir una eficiència quàntica de la bomba del 91.4%, i la calor generada per la bomba es suprimeix dins de 10% (la major part de l'energia d'entrada es converteix en energia de sortida, una petita part de la qual es converteix en calor, cosa que significa que l'eficiència de conversió és molt alta), que és del 25% al 30% de Nd:YAG. L'Yb:YAG s'ha convertit en un dels medis làser d'estat sòlid més atractius, i els generadors làser d'estat sòlid Yb:YAG d'alta potència bombats per LD s'han convertit en un nou tema de recerca i es consideren una de les principals direccions de desenvolupament dels generadors làser d'estat sòlid d'alta eficiència i alta potència.
A més dels dos anteriors, el YAG també es pot dopar amb holmi (Ho), erbi (Er), etc. El Ho:YAG produeix làsers de 2097 nm i 2091 nm segurs per als ulls, principalment per a comunicacions òptiques, radar i aplicacions mèdiques. L'Er:YAG emet una llum de 2.9 μm, i el cos humà té una alta taxa d'absorció d'aquesta longitud d'ona, cosa que té un gran potencial d'aplicació per a la cirurgia làser i la cirurgia vascular.
Generador làser de gas
Els generadors làser de gas són sistemes làser que utilitzen gas com a medi de guany, generalment bombant descàrregues de gas. Els tipus de gasos inclouen gasos atòmics (heli-neó, ions de gas noble i vapor metàl·lic), gasos moleculars (nitrogen i diòxid de carboni), gasos excímers i són proporcionats per reaccions químiques.
El generador làser HeNe (HeNe) utilitza una barreja de 75% o més de He i 15% o menys de Ne com a medi de guany. Depenent de l'entorn de treball, pot emetre llum verda (543.5 nm), groga (594.1 nm), taronja (612.0 nm), vermella (632.8 nm) i 3 tipus de llum d'infraroig proper (1152 nm, 1523 nm i 3391 nm), de les quals la llum vermella (632.8 nm) és la més utilitzada. El feix de sortida del generador làser HeNe té una distribució gaussiana i la qualitat del feix és molt estable. Tot i que la potència no és alta, té un bon rendiment en el camp de la mesura de precisió.
Els generadors làser de gas noble més comuns són els ions d'argó (Ar+) i els ions de criptó (Kr+). La seva taxa de conversió d'energia pot arribar fins al 0.6%, i pot generar una potència de sortida contínua i estable de 30-50w durant molt de temps, i la seva vida útil supera les 1000 h. S'utilitza principalment en visualitzacions làser, espectroscòpia Raman, holografia, òptica no lineal i altres camps de recerca, així com en diagnòstic mèdic, separació de colors d'impressió, processament de materials metrològics i processament d'informació.
Els generadors làser de vapor metàl·lic prenen com a exemple el vapor de coure. El generador làser de vapor de coure emet principalment llum verda (510.5 nm) i llum groga (578.2 nm), que poden assolir una potència mitjana de 100 w i una potència màxima de 100 kW. La seva principal àrea d'aplicació és la font de bombament dels generadors làser de colorant. A més, també es pot utilitzar per a fotografia amb flaix d'alta velocitat, projecció de televisió de pantalla gran i processament de materials.
El generador làser molecular de nitrogen utilitza nitrogen com a medi de guany, que pot emetre llum ultraviolada de 337.1 nm, 357.7 nm i 315.9 nm, i la potència màxima pot arribar als 45 kW. Es pot utilitzar com a font de llum de bombament per a generadors làser de colorant orgànic, i també s'utilitza àmpliament en la separació làser d'isòtops, el diagnòstic de fluorescència, la fotografia d'ultraalta velocitat, la detecció de la contaminació, l'atenció mèdica i sanitària i la cria agrícola. Com que la seva curta longitud d'ona és més fàcil d'enfocar per obtenir un punt petit, també es pot utilitzar per processar components submicròmetres.
El medi de guany utilitzat en el CO2 El generador làser és diòxid de carboni barrejat amb heli i nitrogen, que pot emetre llum infraroja llunyana centrada en longituds d'ona de 9.6 μm i 10.6 μm. El generador té una alta taxa de conversió d'energia, la potència de sortida pot variar des de diversos watts fins a desenes de milers de watts, i la qualitat extremadament alta del feix fa que CO2 generador làser àmpliament utilitzat en el processament de materials, la investigació científica, la defensa nacional i la medicina. Coneixeràs diferents CO2 talladors làser i gravadors làser per gravar i tallar fusta, MDF, contraplacat, tela, cuir, vidre, plàstic i acrílic en la vostra vida diària i negocis.
Els excímers són molècules inestables que s'omplen amb mescles de diferents gasos nobles i gasos halògens al ressonador per generar làsers de diferents longituds d'ona. L'excitació s'aconsegueix normalment mitjançant feixos d'electrons relativistes (energia superior a 200 keV) o mitjançant descàrregues de polsos ràpids transversals. Quan els enllaços moleculars inestables de l'excímer en estat excitat es trenquen i es dissocien en àtoms d'estat fonamental, l'energia de l'estat excitat s'allibera en forma de radiació làser. S'utilitza àmpliament en medicina, comunicació òptica, visualització de semiconductors, teledetecció, armes làser i altres camps.
El generador làser químic és un tipus especial de sistema làser de gas que utilitza l'energia alliberada per la reacció química per realitzar la inversió del nombre de partícules. La majoria funcionen en mode de transició molecular, i el rang de longitud d'ona típic es troba a la regió espectral de l'infraroig proper a l'infraroig mitjà. Els més importants són els dispositius de fluorur d'hidrogen (HF) i fluorur de deuteri (DF). El primer pot generar més de 15 línies espectrals entre 2.6 i 3.3 micres; el segon té unes 25 línies espectrals entre 3.5 i 4.2 micres. Ambdós dispositius actualment són capaços de generar sortides de diversos megawatts. A causa de la seva enorme energia, s'utilitza generalment en enginyeria nuclear i camps militars.
Generador de làser de colorant
Els generadors làser de colorant utilitzen un colorant orgànic com a medi làser, generalment una solució líquida. Els generadors làser de colorant generalment es poden utilitzar en un rang de longituds d'ona més ampli que els medis làser gasosos i d'estat sòlid. El seu ampli ample de banda els fa especialment adequats per a generadors làser sintonitzables i pulsats. Tanmateix, a causa de la seva curta vida útil del mitjà i la seva potència de sortida limitada, bàsicament es substitueix per làsers d'estat sòlid sintonitzables per longitud d'ona, com ara el safir de titani.
Generador làser de díode
El generador làser de díode és un sistema làser que utilitza materials semiconductors com a substància de treball. Hi ha 3 modes d'excitació: injecció elèctrica, excitació per feix d'electrons i bombament òptic. Mida petita, baix preu, alta eficiència, llarga vida útil, baix consum d'energia, es pot utilitzar en informació electrònica, impressió làser, punter làser, comunicació òptica, televisió làser, petit projector làser, informació electrònica, òptica integrada i altres camps.
Generador de làser de fibra
El generador làser de fibra fa referència a un tipus de sistema làser que utilitza fibra de vidre dopada amb elements de terres rares com a medi de guany. S'utilitza àmpliament en impressió metàl·lica i no metàl·lica, marcatge, gravat, perforació, tall, neteja, soldadura (soldadura, tremp d'aigua, revestiment i soldadura profunda), militar, defensa i seguretat, equips mèdics, grans infraestructures i com a bomba per a altres fonts làser. Coneixeràs... gravadors làser de fibra per a textos i patrons personalitzats, talladores làser de fibra per a la fabricació de metalls, màquines de neteja amb làser de fibra per a l'eliminació d'òxid, el decapatge de pintura i l'eliminació de recobriments, màquines de soldadura làser de fibra per a les juntes metàl·liques de la teva vida.
Generador làser d'electrons lliures
El generador làser d'electrons lliures és un nou tipus de font de radiació coherent d'alta potència diferent del generador làser tradicional. No necessita gas, líquid o sòlid com a material de treball, sinó que converteix directament l'energia cinètica del feix d'electrons d'alta energia en energia de radiació coherent. Per tant, també es pot considerar que la substància de treball del generador làser d'electrons lliures són els electrons lliures. Té una sèrie d'excel·lents característiques com ara alta potència, alta eficiència, ampli rang d'afinació de longitud d'ona i estructura temporal de polsos ultracurts. A part d'ell, no hi ha cap generador làser que pugui tenir aquestes característiques alhora. Té perspectives considerables en els camps de la investigació física, les armes làser, la fusió làser, la fotoquímica i les comunicacions òptiques.
