معرفی و کاربردهای لیزرهای رایج رایج

از زمان پیدایش اولین لیزر یاقوتی پالسی حالت جامد، توسعه لیزرها بسیار سریع بوده است و لیزرهایی با مواد مختلف کاری و حالت‌های عملکردی ظاهر شده‌اند. لیزرها به روش های مختلفی طبقه بندی می شوند:

1. با توجه به حالت کار به: لیزر پیوسته، لیزر شبه پیوسته، لیزر پالس و لیزر پالس فوق کوتاه تقسیم می شود.

خروجی لیزر لیزر پیوسته پیوسته است و به طور گسترده در زمینه های برش لیزری، جوشکاری و روکش فلزی استفاده می شود. مشخصه کاری آن این است که تحریک ماده کار و خروجی لیزر مربوطه را می توان به صورت مداوم در مدت زمان طولانی ادامه داد. از آنجایی که اثر گرمای بیش از حد دستگاه اغلب در حین کار مداوم اجتناب ناپذیر است، در اکثر موارد باید اقدامات خنک کننده مناسب انجام شود.

لیزر پالس دارای قدرت خروجی زیادی است و برای علامت گذاری لیزری، برش، محدوده و غیره مناسب است. ویژگی های کاری آن شامل فشرده سازی انرژی لیزر برای تشکیل عرض پالس باریک، قدرت پیک بالا و فرکانس تکرار قابل تنظیم، عمدتاً شامل سوئیچ Q، قفل کردن حالت است. ، MOPA و روش های دیگر. از آنجایی که اثر گرمای بیش از حد و اثر تراشه لبه را می توان با افزایش توان تک پالس به طور موثر کاهش داد، بیشتر در پردازش خوب استفاده می شود.

2. با توجه به باند کار، آن را به: لیزر مادون قرمز، لیزر نور مرئی، لیزر ماوراء بنفش و لیزر اشعه ایکس تقسیم می شود.

لیزرهای مادون قرمز متوسط ​​عمدتاً لیزرهای CO2 10.6um هستند که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.

لیزرهای مادون قرمز نزدیک به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، از جمله 1064 ~ 1070 نانومتر در زمینه پردازش لیزر. 1310 و 1550 نانومتر در زمینه ارتباطات فیبر نوری. 905 نانومتر و 1550 نانومتر در زمینه محدوده لیدار؛ 878 نانومتر، 976 نانومتر و غیره برای کاربردهای پمپ؛

از آنجایی که لیزرهای نور مرئی می توانند فرکانس 532 نانومتر تا 1064 نانومتر را دو برابر کنند، لیزرهای سبز 532 نانومتری به طور گسترده در پردازش لیزر، کاربردهای پزشکی و غیره استفاده می شوند.

لیزرهای UV عمدتاً شامل 355 نانومتر و 266 نانومتر هستند. از آنجایی که UV منبع نور سرد است، بیشتر در پردازش خوب، علامت گذاری، کاربردهای پزشکی و غیره استفاده می شود.

3. با توجه به محیط کار، آن را به: لیزر گاز، لیزر فیبر، لیزر جامد، لیزر نیمه هادی و غیره تقسیم می شود.

3.1 لیزرهای گازی عمدتاً شامل لیزرهای CO2 هستند که از مولکول های گاز CO2 به عنوان محیط کار استفاده می کنند. طول موج لیزر آنها 10.6 و 9.6 میلیمتر است.

ویژگی اصلی:

- طول موج برای پردازش مواد غیر فلزی مناسب است، که این مشکل را جبران می کند که لیزرهای فیبر نمی توانند غیر فلزات را پردازش کنند و دارای ویژگی های متفاوتی با پردازش لیزر فیبر در زمینه پردازش است.

- راندمان تبدیل انرژی حدود 20% ~ 25% است، توان خروجی پیوسته می تواند به سطح 104W برسد، انرژی خروجی پالس می تواند به سطح 104 ژول برسد و عرض پالس را می توان به سطح نانوثانیه فشرده کرد.

-طول موج درست در پنجره اتمسفر است و نسبت به نور مرئی و نور مادون قرمز 1064 نانومتری برای چشم انسان مضرتر است.

به طور گسترده ای در پردازش مواد، ارتباطات، رادار، واکنش های شیمیایی القایی، جراحی و غیره استفاده می شود. همچنین می توان از آن برای واکنش های حرارتی هسته ای ناشی از لیزر، جداسازی لیزری ایزوتوپ ها و سلاح های لیزری استفاده کرد.

3.2 لیزر فیبر به لیزری اطلاق می شود که از فیبر شیشه ای دوپ شده با عناصر خاکی کمیاب به عنوان واسطه استفاده می کند. به دلیل عملکرد و ویژگی های برتر و همچنین مزایای هزینه، در حال حاضر پرمصرف ترین لیزر است. ویژگی ها به شرح زیر است:

(1) کیفیت پرتو خوب: ساختار موجبر فیبر نوری تعیین می کند که لیزر فیبر به راحتی می تواند خروجی حالت عرضی را به دست آورد، تحت تأثیر عوامل خارجی کمی قرار می گیرد و می تواند به خروجی لیزر با روشنایی بالا دست یابد.

(2) لیزر خروجی دارای طول موج های زیادی است: این به این دلیل است که سطح انرژی یون های خاکی کمیاب بسیار غنی است و انواع مختلفی از یون های خاکی کمیاب وجود دارد.

(3) راندمان بالا: راندمان کلی الکترواپتیکی لیزرهای فیبر تجاری تا 25٪ است که برای کاهش هزینه، حفظ انرژی و حفاظت از محیط زیست مفید است.

(4) ویژگی های اتلاف گرما خوب: مواد شیشه ای دارای نسبت حجم به مساحت بسیار کم، اتلاف سریع گرما و تلفات کم است، بنابراین راندمان تبدیل بالا و آستانه لیزر کم است.

(5) ساختار فشرده و قابلیت اطمینان بالا: هیچ لنز نوری در حفره تشدید وجود ندارد که دارای مزایای بدون تنظیم، بدون تعمیر و نگهداری و پایداری بالا است که با لیزرهای سنتی بی نظیر است.

(6) هزینه ساخت کم: فیبر نوری شیشه دارای هزینه ساخت کم، فناوری بالغ و مزایای کوچک سازی و تشدید ناشی از بادپذیری فیبر نوری است.

لیزرهای فیبر طیف وسیعی از کاربردها از جمله ارتباطات فیبر لیزری، ارتباطات دوربرد فضایی لیزری، کشتی سازی صنعتی، خودروسازی، حکاکی لیزری، علامت گذاری لیزری، برش لیزری، غلتک های چاپ، دفاع و امنیت نظامی، تجهیزات و تجهیزات پزشکی و به عنوان پمپ برای لیزرهای دیگر Pu Yuan و غیره.

3.3 محیط کار لیزرهای حالت جامد کریستال های عایق هستند که عموماً با پمپاژ نوری تحریک می شوند.

لیزرهای YAG (کریستال گارنت آلومینیوم ایتریوم دوپ شده با روبیدیم) معمولاً از لامپ های کریپتون یا زنون به عنوان لامپ پمپ استفاده می کنند، زیرا تنها چند طول موج مشخص از نور پمپ توسط یون های Nd جذب می شود و بیشتر انرژی به انرژی گرمایی تبدیل می شود. معمولاً راندمان تبدیل انرژی لیزر YAG کم است. و سرعت پردازش آهسته به تدریج با لیزرهای فیبر جایگزین می شود.

لیزر حالت جامد جدید، یک لیزر حالت جامد پرقدرت که توسط لیزر نیمه هادی پمپ می شود. مزایا راندمان تبدیل انرژی بالا است، راندمان تبدیل الکترواپتیکی لیزرهای نیمه هادی تا 50٪ است که بسیار بالاتر از لامپ های فلش است. گرمای واکنشی تولید شده در حین کار کم است، دمای متوسط ​​پایدار است، و می توان آن را به یک دستگاه کاملا پخته تبدیل کرد، تاثیر ارتعاش را از بین برد، و خط طیف لیزر باریک تر است، ثبات فرکانس بهتری دارد. عمر طولانی، ساختار ساده و استفاده آسان.

مزیت اصلی لیزرهای حالت جامد نسبت به لیزرهای فیبر این است که انرژی تک پالس بالاتر است. همراه با مدولاسیون پالس فوق کوتاه، توان پیوسته معمولاً بالای 100 وات است و حداکثر توان پالس می تواند تا 109 وات باشد. با این حال، از آنجا که آماده سازی محیط کار پیچیده تر است، هزینه بیشتری نیز دارد.

طول موج اصلی 1064 نانومتر مادون قرمز نزدیک است و لیزر حالت جامد 532 نانومتر، لیزر حالت جامد 355 نانومتر و لیزر حالت جامد 266 نانومتر را می توان از طریق دو برابر کردن فرکانس به دست آورد.

3.4 لیزر نیمه هادی که به نام لیزر دیود نیز شناخته می شود، لیزری است که از مواد نیمه هادی به عنوان ماده کار خود استفاده می کند.

لیزرهای نیمه هادی به ساختارهای حفره تشدید پیچیده نیاز ندارند، بنابراین برای کوچک سازی و نیازهای سبک وزن بسیار مناسب هستند. نرخ تبدیل فوتوالکتریک آن بالا است، عمر آن طولانی است و نیازی به نگهداری ندارد. اغلب در اشاره کردن، نمایش، محدوده ارتباط و موارد دیگر استفاده می شود. همچنین اغلب به عنوان منبع پمپ برای لیزرهای دیگر استفاده می شود. دیودهای لیزر، نشانگرهای لیزری و سایر محصولات آشنا همگی از لیزرهای نیمه هادی استفاده می کنند.