Лазерные технологии прочно вошли в повседневную жизнь современного мира. Различные типы лазерных генераторов работают на разных длинах волн, имеют разные характеристики и, следовательно, используются для разных целей.
В зависимости от используемой среды лазерные генераторы делятся на шесть типов: твердотельные, газовые, на красителе, диодные, волоконные и лазерные генераторы на свободных электронах. Среди них много подразделений твердотельных и газовых лазеров. За исключением лазеров на свободных электронах, большинство методов лазерной генерации основаны на одном и том же механизме, основанном на таких компонентах, как источник накачки, оптический резонатор и усиливающая среда.
В этой статье вы познакомитесь с наиболее распространенными типами лазерных генераторов, их особенностями и применением.
Твердотельный лазерный генератор
В твердотельных лазерных генераторах в качестве источника накачки обычно используется свет, а для генерации лазерного излучения используется кристалл или стекло. Материал состоит из матрицы и активированного иона. Материал матрицы обеспечивает среду для активированного иона для генерации лазера. Обычно используемые активированные ионы представляют собой в основном ионы переходных металлов, таких как ионы хрома, кобальта и никеля, и ионы редкоземельных металлов, такие как ионы неодима. В качестве зеркал резонатора используются зеркала, покрытые диэлектрическими пленками, в том числе полное зеркало и полузеркало. При сочетании различных активированных ионов и матричных материалов и длин волн светового возбуждения излучаются лазеры с различной длиной волны.
Выходная длина волны рубинового лазерного генератора составляет 694.3 нм, а коэффициент фотоэлектрического преобразования составляет всего 0.1%. Однако его флуоресцентный срок службы является длительным, что способствует накоплению энергии, и он может выдавать высокую пиковую мощность импульса. Лазер, генерируемый рубиновым стержнем толщиной с стержень ручки и длинным лучом, может легко проникнуть сквозь железный лист. До появления более эффективных YAG-лазерных систем рубиновые лазеры широко применялись для резки и сверления. Кроме того, свет с длиной волны 694 нм легко поглощается меланином, поэтому рубиновые лазеры также используются при лечении пигментных поражений (пятен на коже).
Генератор титан-сапфирового лазера имеет широкий настраиваемый диапазон длин волн от 660 до 1200 нм. При использовании технологии удвоения частоты (которая может удвоить частоту света, то есть вдвое уменьшить длину волны) диапазон длин волн может быть расширен до 330–600 нм. Титан-сапфировые лазерные системы используются в фемтосекундной спектроскопии, исследованиях нелинейной оптики, генерации белого света, генерации терагерцовых волн и т. д., а также применяются в косметологии.
YAG - это аббревиатура от иттрий-алюминиевого граната, который в настоящее время является самой превосходной кристаллической матрицей для лазеров. После легирования неодимом (Nd) он может излучать свет с длиной волны 1064 нм, а максимальная непрерывная выходная мощность может достигать 1000 Вт. Раньше в качестве источника накачки использовалась лампа-импульс с инертным газом, но метод накачки с лампой-вспышкой имеет широкий спектральный диапазон, плохое совпадение со спектром поглощения усиливающей среды и большую тепловую нагрузку, что приводит к низкой скорость фотоэлектрического преобразования. Используя накачку лазерным диодом (LD), система может производить лазерное излучение с высокой эффективностью, большой мощностью и длительным сроком службы.
Лазерные генераторы Nd:YAG можно использовать для лечения гемангиом и подавления роста опухоли. Однако термическое повреждение ткани неизбирательно. При коагуляции кровеносных сосудов опухоли избыточная энергия также повреждает окружающие нормальные ткани, и после операции легко остаются шрамы. Поэтому лазер Nd:YAG в основном используется в хирургии, гинекологии, ЛОР и реже в дерматологии.
Yb:YAG, иттербий (Yb) легирован в YAG, который может излучать свет с длиной волны 1030 нм. Длина волны накачки Yb: YAG составляет 941 нм, что очень близко к выходной длине волны, что позволяет достичь квантовой эффективности накачки 91.4%. Это означает, что большая часть входной энергии преобразуется в выходную энергию, а лишь небольшая часть энергии превращается в тепло. Тепло, выделяемое насосом, подавляется с точностью до 10%, что является относительно низким процентом по сравнению с Nd:YAG, который теряет от 25% до 30% энергии в виде тепла. Yb:YAG стал одной из самых привлекательных сред для твердотельных лазеров, а мощные твердотельные лазерные генераторы на Yb:YAG с лазерной накачкой стали новым направлением исследований с потенциалом для создания высокоэффективных и мощных твердотельных материалов. -государственные лазерные генераторы.
В дополнение к двум вышеупомянутым, YAG может быть легирован гольмием (Ho), эрбием (Er) и многими другими элементами. Ho:YAG производит безопасные для глаз лазеры с длиной волны 2097 нм и 2091 нм, в основном для оптической связи, радаров и медицинских приложений. Er:YAG излучает свет с длиной волны 2.9 мкм, и человеческое тело имеет высокую скорость поглощения этой длины волны, поэтому он имеет большой потенциал для использования в лазерной хирургии и сосудистой хирургии.
Газовый лазерный генератор
Генераторы газовых лазеров представляют собой лазерные системы, использующие газ в качестве усиливающей среды, обычно накачивающие газовые разряды. Типы газа включают атомарный газ (гелий-неон, ион благородного газа и пары металлов), молекулярный газ (азот и углекислый газ) и эксимерный газ. Как правило, они образуются в результате химических реакций.
Генератор гелий-неонового лазера (HeNe) использует смесь из 75% или более He и 15% или менее Ne в качестве усиливающей среды. В зависимости от рабочей среды он может излучать зеленый (543.5 нм), желтый (594.1 нм), оранжевый (612.0 нм), красный (632.8 нм) и три типа ближнего инфракрасного света (1152 нм, 1523 нм и 3391 нм). из которых наиболее часто используется красный свет (632.8 нм). Выходной луч гелий-неонового лазерного генератора имеет гауссово распределение, а качество луча очень стабильно. Хотя мощность невелика, он имеет хорошие характеристики в области точных измерений.
Обычные лазерные генераторы на благородных газах работают с ионами аргона (Ar+) и ионами криптона (Kr+). Его коэффициент преобразования энергии может достигать 0.6%, он может непрерывно и стабильно выдавать мощность 30-50 Вт в течение длительного времени, а срок его службы превышает 1000 часов. Этот тип лазера в основном используется в лазерных дисплеях, спектроскопии комбинационного рассеяния, голографии, нелинейной оптике и других областях исследований, а также в медицинской диагностике, цветоделении при печати, обработке материалов в метрологии и обработке информации.
Лазерные генераторы на парах металлов работают на парах металлов. Например, лазерный генератор на парах меди в основном излучает зеленый свет (510.5 нм) и желтый свет (578.2 нм), которые могут достигать средней мощности 100 Вт и пиковой мощности 100 кВт. Его основное применение - источник накачки генераторов лазеров на красителях. Кроме того, его также можно использовать для высокоскоростной фотосъемки со вспышкой, проекционного телевидения с большим экраном и обработки материалов.
Генератор азотного молекулярного лазера использует азот в качестве усиливающей среды, который может излучать ультрафиолетовый свет с длиной волны 337.1 нм, 357.7 нм и 315.9 нм, а пиковая мощность может достигать 45 кВт. Его можно использовать в качестве источника света накачки для лазерных генераторов на органических красителях, а также широко использовать в лазерном разделении изотопов, флуоресцентной диагностике, сверхскоростной фотосъемке, обнаружении загрязнения, медицине и здравоохранении, а также в сельском хозяйстве. Поскольку его короткую длину волны легче сфокусировать для получения небольшого пятна, его также можно использовать для обработки субмикронных компонентов.
Усиливающая среда, используемая в генераторе CO2-лазера, представляет собой двуокись углерода, смешанную с гелием и азотом, которая может излучать дальний инфракрасный свет с центрами длин волн 9.6 мкм и 10.6 мкм. Генератор имеет высокую скорость преобразования энергии, выходная мощность может варьироваться от нескольких ватт до десятков тысяч ватт, а чрезвычайно высокое качество луча делает генератор CO2-лазера широко используемым в обработке материалов, научных исследованиях, национальной обороне и медицине.
Эксимеры представляют собой нестабильные молекулы, которые заполнены смесями различных инертных газов и галогенных газов в резонаторе для генерации лазеров с разными длинами волн. Возбуждение обычно осуществляется пучками релятивистских электронов (энергия более 200 кэВ) или поперечными быстрыми импульсными разрядами. Когда нестабильные молекулярные связи эксимера в возбужденном состоянии разрываются и диссоциируют на атомы в основном состоянии, энергия возбужденного состояния высвобождается в виде лазерного излучения. Он широко используется в медицине, оптической связи, полупроводниковых дисплеях, дистанционном зондировании, лазерном оружии и других областях.
Генератор химического лазера представляет собой газовую лазерную систему особого типа, которая использует энергию, высвобождаемую в результате химических реакций, для осуществления инверсии числа частиц. Большинство из них работают в режиме молекулярного перехода, а типичный диапазон длин волн находится в диапазоне от ближнего до среднего инфракрасного диапазона спектра. Наиболее важными из них являются устройства с фтористым водородом (HF) и фторидом дейтерия (DF). Первый может выводить более 15 спектральных линий от 2.6 до 3.3 мкм; последний имеет около 25 спектральных линий между 3.5 и 4.2 мкм. Оба устройства в настоящее время способны выдавать мощность в несколько мегаватт. Из-за своей огромной энергии он обычно используется в ядерной технике и в военной области.
Лазерный генератор на красителе
Лазерные генераторы на красителях используют органический краситель в качестве лазерной среды, обычно жидкий раствор. Генераторы лазеров на красителях обычно можно использовать в более широком диапазоне длин волн, чем газообразные и твердотельные лазеры. Их широкая полоса пропускания делает их особенно подходящими для перестраиваемых и импульсных лазерных генераторов. Однако из-за короткого среднего срока службы и ограниченной выходной мощности его в основном заменяют твердотельные лазеры с перестройкой длины волны, такие как титан-сапфировый.
Диодный лазерный генератор
Генератор диодного лазера представляет собой лазерную систему, в которой в качестве среды используются полупроводниковые материалы. Существует три режима возбуждения: электрическая инжекция, возбуждение электронным пучком и оптическая накачка. Благодаря небольшому размеру, низкой цене, высокой эффективности, длительному сроку службы и низкому энергопотреблению его можно использовать в электронной информации, лазерной печати, лазерной указке, оптической связи, лазерном телевидении, небольшом лазерном проекторе, электронной информации, интегрированной оптике. , и другие поля.
Генератор волоконного лазера
Волоконный лазерный генератор представляет собой тип лазерной системы, в которой в качестве усиливающей среды используется стекловолокно, легированное редкоземельными элементами. Он может использоваться для печати рулонов, сверления, резки, сварки (пайка, закалка в воде, плакирование и глубокая сварка) металла и неметалла, военного, оборонного и охранного, медицинского оборудования, крупномасштабной инфраструктуры и в качестве насоса. для других лазерных источников.
Лазерный генератор на свободных электронах
Лазерный генератор на свободных электронах представляет собой новый тип мощного источника когерентного излучения, отличный от традиционных лазерных генераторов. Ему не нужен газ, жидкость или твердое тело в качестве среды, он напрямую преобразует кинетическую энергию высокоэнергетического электронного пучка в энергию когерентного излучения. Поэтому можно также считать, что рабочим телом генератора лазера на свободных электронах являются свободные электроны. Он обладает рядом превосходных характеристик, таких как высокая мощность, высокая эффективность, широкий диапазон настройки длины волны и временная структура ультракоротких импульсов. За исключением этого, не существует лазерного генератора, который мог бы иметь эти функции одновременно. У него большие перспективы в области физических исследований, лазерного оружия, лазерного термоядерного синтеза, фотохимии и оптической связи.
Источник из Стайлкнк
Отказ от ответственности: изложенная выше информация предоставлена Stylecnc независимо от Alibaba.com. Alibaba.com не делает заявлений и не дает гарантий в отношении качества и надежности продавца и продукции.
