Лазерната технология е навлязла в живота на хората от всички страни, но има много видове лазерни генератори, всеки с различна дължина на вълната и различни характеристики, така че областите на приложение също са различни. Вярвам, че повечето хора изпитват известно главоболие, когато се сблъскат със сложните видове лазерни генератори. Затова тази статия обобщава и обяснява характеристиките и практическите приложения на различните видове лазерни генератори един по един.
Според различните работни среди, лазерните генератори се разделят на 6 вида: твърдотелни, газови, багрилни, диодни, влакнести и лазерни генератори на свободни електрони. Сред тях има много подразделения на твърдотелни и газови лазери. С изключение на лазерите на свободни електрони, основните принципи на работа на различните лазери са едни и същи, включително източник на помпа, оптичен резонатор и усилваща среда.
Генератор на твърдотелен лазер
В твърдотелните лазерни генератори светлината обикновено се използва като източник на помпа, а кристалът или стъклото, които могат да генерират светлина, се наричат работен материал. Материалът е съставен от матрица и активиран йон. Матричният материал осигурява подходяща среда за съществуване и работа на активирания йон, а активираният йон завършва процеса на генериране на лазер. Често използваните активни йони са главно йони на преходни метали, като хром, кобалт, никел и други йони, и йони на редкоземни метали, като неодимови йони. Огледалата, покрити с диелектрични филми, се използват като резонаторни огледала, едното от които е пълно огледало, а другото е половин огледало. Когато се използват различни активирани йони, различни матрични материали и различни дължини на вълната на светлинно възбуждане, ще се излъчват различни лазери с различна дължина на вълната.
Дължината на лазерната вълна, извеждана от рубинения лазерен генератор, е 694.3 nm, а коефициентът на фотоелектрично преобразуване е нисък, само 0.1%. Въпреки това, флуоресцентният му живот е дълъг, което е благоприятно за съхранение на енергия и може да генерира висока пикова мощност на импулса. Лазерът, генериран от рубинена пръчка с дебелина на сърцевина на писалка и дълъг пръст, може лесно да проникне през железния лист. Преди появата на по-ефективни YAG лазерни системи, рубинените лазерни системи бяха широко използвани в... лазерен рязане и пробиване. Освен това, светлината с дължина на вълната 694 nm се абсорбира лесно от меланина, така че рубиновите лазери се използват и при лечението на пигментни лезии (кожни петна).
Благодарение на своите кристални свойства, лазерният генератор Ti:Sapphire има широк диапазон на настройване (т.е. диапазон на настройваемата дължина на вълната) и може да извежда светлина с дължина на вълната от 660nm до 1200nm, ако е необходимо. В съчетание със зрялостта на технологията за удвояване на честотата (която може да удвои честотата на светлината, т.е. да намали наполовина дължината на вълната), диапазонът на дължината на вълната може да бъде разширен до 330nm-600nm. Титаниево-сапфирените лазерни системи се използват във фемто2-ра спектроскопия, изследвания на нелинейна оптика, генериране на бяла светлина, генериране на терагерцови вълни и др., а също така намират приложения в медицинската козметика.
YAG е съкращение от итриево-алуминиев гранат, който е най-добрата лазерна кристална матрица в момента. След легиране с неодим (Nd), той може да генерира лъчение. 1064nm светлина, а максималната непрекъсната изходна мощност може да достигне 1000 W. В ранните дни като източник на помпа се е използвала импулсна лампа с инертен газ, но методът на помпане с импулсна лампа има широк спектрален диапазон, лошо съвпадение със спектъра на абсорбция на усилващата среда и голямо термично натоварване, което води до нисък коефициент на фотоелектрично преобразуване. Така че сега, използвайки LD (лазерен диод) помпане, може да се постигне висока ефективност, висока мощност и дълъг живот. Nd:YAG лазерните генератори могат да се използват за лечение на хемангиоми и да инхибират растежа на тумора. Термичното увреждане на тъканта обаче е неселективно. Докато коагулира кръвоносните съдове на тумора, излишната енергия ще увреди и околната нормална тъкан и е лесно да остави белези след операцията. Следователно, Nd:YAG лазерът се използва най-вече в хирургията, гинекологията, УНГ и по-рядко в дерматологията.
Yb:YAG, в YAG се добавя итербий (Yb), който може да излъчи светлина от 1030 nm. Дължината на вълната на помпата на Yb:YAG е 941 nm, което е много близко до дължината на вълната на изхода, което може да постигне квантова ефективност на помпата от 91.4%, а генерираната от помпата топлина е потисната с точност до... 10% (по-голямата част от входната енергия се преобразува в изходна енергия, малка част от която се превръща в топлина, което означава, че ефективността на преобразуване е много висока), което е от 25% до 30% Nd:YAG. Yb:YAG се е превърнал в една от най-атрактивните среди за твърдотелни лазери, а LD-помпаните високомощни Yb:YAG твърдотелни лазерни генератори са се превърнали в нова гореща точка в изследванията и се считат за едно от основните направления в разработването на високоефективни, високомощни твърдотелни лазерни генератори.
В допълнение към горните два, YAG може да бъде легиран и с холмий (Ho), ербий (Er) и др. Ho:YAG произвежда безопасни за очите лазери с дължина на вълната 2097nm и 2091nm, главно за оптична комуникация, радар и медицински приложения. Er:YAG излъчва светлина с дължина на вълната 2.9 μm, а човешкото тяло има висок коефициент на поглъщане на тази дължина на вълната, което има голям потенциал за приложение в лазерната хирургия и съдовата хирургия.
Газов лазерен генератор
Газовите лазерни генератори са лазерни системи, които използват газ като усилваща среда, обикновено изпомпващи газови разряди. Видовете газове включват атомни газове (хелий-неон, йони на благородни газове и метални пари), молекулярни газове (азот и въглероден диоксид), ексимерни газове и се получават чрез химични реакции.
HeNe лазерният генератор (HeNe) използва смес от 75% или повече He и 15% или по-малко Ne като усилваща среда. В зависимост от работната среда, той може да излъчва зелена (543.5nm), жълта (594.1nm), оранжева (612.0nm), червена (632.8nm) и 3 вида близка инфрачервена светлина (1152nm, 1523nm и 3391nm), от които червената светлина (632.8nm) е най-често използваната. Лъчът, излъчен от HeNe лазерния генератор, има Гаусово разпределение и качеството на лъча е много стабилно. Въпреки че мощността не е висока, той има добри резултати в областта на прецизните измервания.
Често срещаните лазерни генератори за благородни газове са аргонови йони (Ar+) и криптонови йони (Kr+). Техният коефициент на преобразуване на енергията може да достигне до 0.6%, те могат да произвеждат непрекъсната и стабилна мощност от 30-50 W за дълго време, а животът им надвишава 1000 часа. Използват се главно в лазерни дисплеи, Раманова спектроскопия, холография, нелинейна оптика и други области на изследване, както и в медицинска диагностика, цветоотделяне при печат, метрологична обработка на материали и обработка на информация.
Генераторите на лазери с метални пари използват медни пари като пример. Генераторът на лазери с медни пари произвежда основно зелена светлина (510.5 nm) и жълта светлина (578.2 nm), които могат да достигнат средна мощност от 100 W и пикова мощност от 100 kW. Основната му област на приложение е източникът на помпа в генератори на лазери с багрила. Освен това може да се използва и за високоскоростна светкавична фотография, проекционни телевизори с голям екран и обработка на материали.
Генераторът на азотен молекулярен лазер използва азот като усилваща среда, която може да излъчва ултравиолетова светлина от 337.1 nm, 357.7 nm и 315.9 nm, а пиковата мощност може да достигне 45 kW. Може да се използва като източник на помпена светлина за лазерни генератори с органични багрила, а също така се използва широко в лазерното разделяне на изотопи, флуоресцентната диагностика, ултрависокоскоростната фотография, откриването на замърсяване, медицината и здравеопазването, както и в селскостопанското животновъдство. Тъй като късата му дължина на вълната е по-лесна за фокусиране за получаване на малко петно, може да се използва и за обработка на субмикронни компоненти.
Усилващата среда, използвана в CO2 Лазерният генератор е въглероден диоксид, смесен с хелий и азот, който може да генерира далечна инфрачервена светлина с дължини на вълните 9.6 μm и 10.6 μm. Генераторът има висок коефициент на преобразуване на енергия, изходната мощност може да варира от няколко вата до десетки хиляди ватове, а изключително високото качество на лъча го прави... CO2 лазерен генератор, широко използван в обработката на материали, научните изследвания, националната отбрана и медицината. Ще срещнете различни CO2 лазерни фрези намлява лазерни гравьори за гравиране и рязане на дърво, MDF, шперплат, плат, кожа, стъкло, пластмаса и акрил във вашето ежедневие и бизнес.
Ексимерите са нестабилни молекули, които са запълнени със смеси от различни благородни газове и халогенни газове в резонатора, за да генерират лазери с различна дължина на вълната. Възбуждането обикновено се постига чрез релативистични електронни лъчи (енергия по-голяма от 200 keV) или чрез напречни бързи импулсни разряди. Когато нестабилните молекулярни връзки на възбудения ексимер се разрушат и дисоциират на атоми в основно състояние, енергията на възбудения процес се освобождава под формата на лазерно лъчение. Той се използва широко в медицината, оптичната комуникация, полупроводниковите дисплеи, дистанционното наблюдение, лазерните оръжия и други области.
Химическият лазерен генератор е специален тип газова лазерна система, която използва енергията, освободена от химическа реакция, за да реализира инверсия на броя на частиците. Повечето от тях работят в режим на молекулярен преход, а типичният диапазон на дължината на вълната е в близката инфрачервена до средна инфрачервена спектрална област. Най-важните от тях са устройствата с водороден флуорид (HF) и деутериев флуорид (DF). Първите могат да генерират повече от 15 спектрални линии между 2.6 и 3.3 микрона; вторите имат около 25 спектрални линии между 3.5 и 4.2 микрона. И двете устройства в момента са способни на многомегаватови мощности. Поради огромната си енергия, той обикновено се използва в ядрената инженерия и военната област.
Генератор на багрилен лазер
Генераторите на багрилни лазери използват органично багрило като лазерна среда, обикновено течен разтвор. Генераторите на багрилни лазери обикновено могат да се използват в по-широк диапазон от дължини на вълните, отколкото газообразните и твърдотелните лазерни среди. Широката им честотна лента ги прави особено подходящи за настройваеми и импулсни лазерни генератори. Поради краткия живот на средата и ограничената изходна мощност обаче, те основно се заменят от твърдотелни лазери с настройваема дължина на вълната, като например титаниево-сапфирени.
Диоден лазерен генератор
Диодният лазерен генератор е лазерна система, която използва полупроводникови материали като работно вещество. Има 3 режима на възбуждане: електрическо инжектиране, възбуждане с електронен лъч и оптично напомпване. Малък размер, ниска цена, висока ефективност, дълъг експлоатационен живот, ниска консумация на енергия, може да се използва в електронната информация, лазерен печат, лазерна показалка, оптична комуникация, лазерна телевизия, малък лазерен проектор, електронна информация, интегрална оптика и други области.
Fiber Лазерен генератор
Фибролазерният генератор е вид лазерна система, която използва стъклени влакна, легирани с редкоземни елементи, като усилваща среда. Той се използва широко в метален и неметален печат, маркиране, гравиране, пробиване, рязане, почистване, заваряване (спояване, закаляване с вода, плакиране и дълбоко заваряване), военни, отбранителни и охранителни съоръжения, медицинско оборудване, големи инфраструктурни обекти и като помпа за други лазерни източници. Ще се срещнете... влакнести лазерни гравьори за персонализирани текстове и шарки, влакнести лазерни ножове за металообработване, машини за почистване с фибърен лазер за отстраняване на ръжда, отстраняване на боя и премахване на покрития, машини за лазерно заваряване на влакна за метални съединения във вашия живот.
Генератор на свободен електронен лазер
Лазерният генератор на свободни електрони е нов тип високомощен кохерентен източник на лъчение, различен от традиционния лазерен генератор. Той не се нуждае от газ, течност или твърдо вещество като работно вещество, а директно преобразува кинетичната енергия на високоенергийния електронен лъч в кохерентна радиационна енергия. Следователно, може да се счита, че работното вещество на лазерния генератор на свободни електрони са свободните електрони. Той притежава редица отлични характеристики, като висока мощност, висока ефективност, широк диапазон на настройка на дължината на вълната и времева структура на ултракъсите импулси. Освен него, няма друг лазерен генератор, който да може да притежава тези характеристики едновременно. Той има значителни перспективи в областта на физичните изследвания, лазерните оръжия, лазерния синтез, фотохимията и оптичните комуникации.
