La tecnología láser se ha integrado en la vida cotidiana del mundo moderno. Los diferentes tipos de generadores láser funcionan a diferentes longitudes de onda, muestran diferentes características y, por lo tanto, se utilizan para diferentes propósitos.
Según el medio que se utilice, los generadores láser se dividen en seis tipos: generadores láser de estado sólido, de gas, de tinte, de diodo, de fibra y de electrones libres. Entre ellos, hay muchas subdivisiones de láseres de estado sólido y de gas. A excepción de los láseres de electrones libres, la mayoría de los métodos de generación de láser se basan en el mismo mecanismo, en componentes como la fuente de bombeo, el resonador óptico y el medio de ganancia.
Este artículo lo guía a través de los tipos más comunes de generadores láser, sus características y sus aplicaciones.
Generador láser de estado sólido
En los generadores de láser de estado sólido, la luz se usa generalmente como fuente de bombeo y se usa cristal o vidrio para generar luz láser. El material está compuesto por una matriz y un ion activado. El material de la matriz proporciona un entorno para que el ion activado genere láser. Los iones activados comúnmente utilizados son principalmente iones de metales de transición, como iones de cromo, cobalto y níquel, e iones de metales de tierras raras, como iones de neodimio. Los espejos revestidos con películas dieléctricas se utilizan como espejos resonadores, incluyendo un espejo completo y un medio espejo. Con una combinación de diferentes iones activados y materiales de matriz y longitudes de onda de excitación de luz, se emiten láseres de varias longitudes de onda.
La salida de longitud de onda del láser por el generador de láser de rubí es de 694.3 nm, y la tasa de conversión fotoeléctrica es tan baja como 0.1%. Sin embargo, su vida fluorescente es larga, lo que favorece el almacenamiento de energía, y puede generar una potencia máxima de pulso alto. El láser generado por una varilla de rubí con el grosor del núcleo de un bolígrafo y un haz largo puede penetrar fácilmente una lámina de hierro. Antes de la aparición de los sistemas láser YAG más eficientes, los sistemas láser de rubí se usaban ampliamente en el corte y la perforación. Además, la melanina absorbe fácilmente la luz de 694 nm, por lo que los láseres de rubí también se utilizan en el tratamiento de lesiones pigmentadas (manchas en la piel).
El generador láser Ti:Sapphire tiene un amplio rango ajustable de longitudes de onda desde 660nm a 1200nm. Cuando se utiliza con la tecnología de duplicación de frecuencia (que puede duplicar la frecuencia de la luz, es decir, reducir a la mitad la longitud de onda), el rango de longitud de onda se puede extender a 330nm-600nm. Los sistemas láser de titanio y zafiro se utilizan en espectroscopia de femtosegundos, investigación en óptica no lineal, generación de luz blanca, generación de ondas de terahercios, etc., y también tienen aplicaciones en belleza médica.
YAG es el acrónimo de granate de aluminio itrio, que es la matriz de cristal láser más excelente en la actualidad. Después de doparse con neodimio (Nd), puede generar una luz de 1064 nm y la potencia de salida continua máxima puede alcanzar los 1000 w. En los primeros días, se usaba una lámpara de destellos de gas inerte como fuente de bombeo, pero el método de bombeo de la lámpara de destellos tiene un amplio rango espectral, poca coincidencia con el espectro de absorción del medio de ganancia y una gran carga térmica, lo que resulta en un bajo tasa de conversión fotoeléctrica. Utilizando el bombeo de diodos láser (LD), el sistema puede producir luz láser con alta eficiencia, alta potencia y larga vida útil.
Los generadores de láser Nd:YAG se pueden utilizar en el tratamiento de hemangiomas e inhibir el crecimiento tumoral. Sin embargo, el daño térmico al tejido no es selectivo. Mientras coagula los vasos sanguíneos del tumor, el exceso de energía también dañará el tejido normal circundante y es fácil dejar cicatrices después de la cirugía. Por lo tanto, el láser Nd:YAG se usa principalmente en cirugía, ginecología, otorrinolaringología y menos en dermatología.
Yb:YAG, el iterbio (Yb) se dopa en YAG, que puede generar una luz de 1030 nm. La longitud de onda de bombeo de Yb: YAG es de 941 nm, que está muy cerca de la longitud de onda de salida, lo que puede lograr una eficiencia cuántica de bombeo del 91.4 %. Eso significa que la mayor parte de la energía de entrada se convierte en energía de salida, mientras que solo una pequeña parte de la energía se convierte en calor. El calor generado por la bomba se suprime en un 10 %, un porcentaje relativamente bajo en comparación con Nd:YAG, que pierde entre un 25 % y un 30 % de energía en forma de calor. Yb:YAG se ha convertido en uno de los medios láser de estado sólido más atractivos, y los generadores de láser de estado sólido Yb:YAG de alta potencia bombeados por LD se han convertido en un nuevo punto de acceso de investigación, con un potencial para sólidos de alta eficiencia y alta potencia. -Generadores láser de estado.
Además de los dos anteriores, YAG se puede dopar con holmio (Ho), erbio (Er) y muchos otros elementos. Ho:YAG produce láseres de 2097nm y 2091nm seguros para los ojos, principalmente para comunicaciones ópticas, radar y aplicaciones médicas. Er:YAG emite una luz de 2.9 μm, y el cuerpo humano tiene una alta tasa de absorción de esta longitud de onda, por lo que tiene un gran potencial para usarse en cirugía láser y cirugía vascular.
Generador de láser de gas
Los generadores láser de gas son sistemas láser que utilizan gas como medio de ganancia, generalmente bombeando descargas de gas. Los tipos de gas incluyen gas atómico (helio-neón, ion de gas noble y vapor de metal), gas molecular (nitrógeno y dióxido de carbono) y gas excimer. Generalmente se producen bajo reacciones químicas.
El generador de láser HeNe (HeNe) utiliza una mezcla de 75 % o más de He y 15 % o menos de Ne como medio de ganancia. Según el entorno de trabajo, puede emitir luz verde (543.5 nm), amarilla (594.1 nm), naranja (612.0 nm), roja (632.8 nm) y tres tipos de luz infrarroja cercana (1152 nm, 1523 nm y 3391 nm), de los cuales la luz roja (632.8nm) es la más utilizada. La salida del haz del generador de láser HeNe tiene una distribución gaussiana y la calidad del haz es muy estable. Aunque la potencia no es alta, tiene un buen desempeño en el campo de la medición de precisión.
Los generadores láser de gases nobles comunes funcionan con iones de argón (Ar+) e iones de criptón (Kr+). Su tasa de conversión de energía puede alcanzar hasta el 0.6 %, y puede generar una potencia de salida continua y estable de 30-50 W durante mucho tiempo, y su vida útil supera las 1000 h. Este tipo de láser se utiliza principalmente en visualización láser, espectroscopia Raman, holografía, óptica no lineal y otros campos de investigación, así como en diagnóstico médico, separación de colores de impresión, procesamiento de material de metrología y procesamiento de información.
Los generadores láser de vapor metálico funcionan con vapor metálico. Por ejemplo, el generador láser de vapor de cobre emite principalmente luz verde (510.5nm) y luz amarilla (578.2nm), que pueden alcanzar una potencia promedio de 100w y una potencia máxima de 100kw. Su aplicación principal es la fuente de bombeo de generadores de láser de colorante. Además, también se puede utilizar para fotografía con flash de alta velocidad, proyección de TV de pantalla grande y procesamiento de materiales.
El generador de láser molecular de nitrógeno utiliza nitrógeno como medio de ganancia, que puede emitir luz ultravioleta de 337.1 nm, 357.7 nm y 315.9 nm, y la potencia máxima puede alcanzar los 45kw. Se puede usar como fuente de luz de bomba para generadores de láser de colorante orgánico y también se usa ampliamente en la separación de isótopos por láser, diagnóstico de fluorescencia, fotografía de ultra alta velocidad, detección de contaminación, atención médica y de salud y mejoramiento agrícola. Debido a que su longitud de onda corta es más fácil de enfocar para obtener un punto pequeño, también se puede usar para procesar componentes submicrónicos.
El medio de ganancia utilizado en el generador de láser de CO2 es dióxido de carbono mezclado con helio y nitrógeno, que puede generar luz infrarroja lejana centrada en longitudes de onda de 9.6 μm y 10.6 μm. El generador tiene una alta tasa de conversión de energía, la potencia de salida puede oscilar entre varios vatios y decenas de miles de vatios, y la calidad de haz extremadamente alta hace que el generador láser de CO2 se utilice ampliamente en el procesamiento de materiales, la investigación científica, la defensa nacional y la medicina.
Los excímeros son moléculas inestables que se llenan con mezclas de diferentes gases nobles y gases halógenos en el resonador para generar láseres de diferentes longitudes de onda. La excitación generalmente se logra mediante haces de electrones relativistas (energía superior a 200 keV) o mediante descargas de pulsos rápidos transversales. Cuando los enlaces moleculares inestables del excímero en estado excitado se rompen y se disocian en átomos en estado fundamental, la energía del estado excitado se libera en forma de radiación láser. Es ampliamente utilizado en medicina, comunicación óptica, visualización de semiconductores, detección remota, armas láser y otros campos.
El generador de láser químico es un tipo especial de sistema de láser de gas que utiliza la energía liberada por las reacciones químicas para realizar la inversión del número de partículas. La mayoría de ellos funcionan en modo de transición molecular, y el rango de longitud de onda típico está en la región espectral del infrarrojo cercano al infrarrojo medio. Los más importantes son los dispositivos de fluoruro de hidrógeno (HF) y fluoruro de deuterio (DF). El primero puede generar más de 15 líneas espectrales entre 2.6 y 3.3 micras; este último tiene unas 25 líneas espectrales entre 3.5 y 4.2 micras. Ambos dispositivos son actualmente capaces de generar salidas de varios megavatios. Debido a su gran energía, generalmente se usa en ingeniería nuclear y campos militares.
Generador de láser de colorante
Los generadores de láser de colorante utilizan un colorante orgánico como medio láser, generalmente una solución líquida. Los generadores de láser de colorante generalmente se pueden usar en una gama más amplia de longitudes de onda que los medios láser gaseosos y de estado sólido. Su amplio ancho de banda los hace particularmente adecuados para generadores láser sintonizables y pulsados. Sin embargo, debido a su corta vida media y potencia de salida limitada, básicamente se reemplaza por láseres de estado sólido ajustables en longitud de onda como el zafiro de titanio.
Generador de láser de diodo
El generador de láser de diodo es un sistema láser que utiliza materiales semiconductores como medio. Hay tres modos de excitación: inyección eléctrica, excitación por haz de electrones y bombeo óptico. Debido a su pequeño tamaño, bajo precio, alta eficiencia, larga vida útil y bajo consumo de energía, se puede utilizar en información electrónica, impresión láser, puntero láser, comunicación óptica, TV láser, proyector láser pequeño, información electrónica, óptica integrada , y otros campos.
Generador de laser de fibra
El generador de láser de fibra es un tipo de sistema láser que utiliza fibra de vidrio dopada con elementos de tierras raras como medio de ganancia. Se puede utilizar para imprimir rollos, taladrado, corte, soldadura (soldadura fuerte, enfriamiento con agua, revestimiento y soldadura profunda) de metales y no metales, equipos militares, de defensa y seguridad, equipos médicos, infraestructura a gran escala y como bomba. para otras fuentes de láser.
Generador láser de electrones libres
El generador láser de electrones libres es un nuevo tipo de fuente de radiación coherente de alta potencia diferente de los generadores láser tradicionales. No necesita gas, líquido o sólido como medio, sino que convierte directamente la energía cinética de un haz de electrones de alta energía en energía de radiación coherente. Por lo tanto, también se puede considerar que la sustancia de trabajo del generador láser de electrones libres son electrones libres. Tiene una serie de características excelentes, como alta potencia, alta eficiencia, una amplia gama de sintonización de longitud de onda y estructura de tiempo de pulsos ultracortos. A excepción de esto, no existe un generador láser que pueda tener estas características al mismo tiempo. Tiene perspectivas considerables en los campos de investigación física, armas láser, fusión láser, fotoquímica y comunicaciones ópticas.
Fuente de estilocnc
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