Laserteknik har kommit in i människors liv från alla aspekter, men det finns många typer av lasergeneratorer, var och en med olika våglängder och olika egenskaper, så användningsområdena är också olika. Jag tror att de flesta känner lite huvudvärk inför de komplicerade typerna av lasergeneratorer. Därför sammanfattar och förklarar denna artikel funktionerna och praktiska tillämpningarna för olika typer av lasergeneratorer en efter en.
Enligt olika arbetsmedier är lasergeneratorer indelade i 6 typer: solid state-, gas-, färg-, diod-, fiber- och frielektronlasergeneratorer. Bland dem finns det många underavdelningar av solid state- och gaslasrar. Förutom för frielektronlasrar är de grundläggande arbetsprinciperna för olika lasrar desamma, inklusive pumpkälla, optisk resonator och förstärkningsmedium.
Solid State Laser Generator
I solid-state lasergeneratorer används ljus i allmänhet som pumpkälla, och kristallen eller glaset som kan generera ljus kallas arbetsmaterial. Materialet består av en matris och en aktiverad jon. Matrismaterialet ger en lämplig existens och arbetsmiljö för den aktiverade jonen, och den aktiverade jonen fullbordar lasergenereringsprocessen. Vanligt använda aktiva joner är huvudsakligen övergångsmetalljoner, såsom krom, kobolt, nickel och andra joner och sällsynta jordartsmetalljoner, såsom neodymjoner. Speglarna belagda med dielektriska filmer används som resonatorspeglar, varav en är en helspegel och den andra är en halvspegel. Vid användning av olika aktiverade joner, olika matrismaterial och olika våglängder av ljusexcitation kommer olika lasrar med olika våglängder att sändas ut.
Laservåglängden som utmatas av rubinlasergeneratorn är 694.3 nm, och den fotoelektriska omvandlingshastigheten är låg, endast 0.1 %. Dess fluorescerande livslängd är dock lång, vilket bidrar till energilagring, och den kan mata ut hög pulstoppeffekt. Lasern som genereras av en rubinstav med en tjocklek av en pennkärna och ett långt finger kan lätt penetrera järnplåten. Innan uppkomsten av mer effektiva YAG-lasersystem användes rubinlasersystem i stor utsträckning laserskärning och borrning. Dessutom absorberas 694nm ljus lätt av melanin, så rubinlasrar används också vid behandling av pigmenterade lesioner (hudfläckar).
På grund av sina kristallegenskaper har Ti:Sapphire-lasergeneratorn ett brett avstämbart område (det vill säga det avstämbara våglängdsområdet), och kan mata ut ljus med en våglängd på 660nm-1200nm efter behov. Tillsammans med frekvensdubbleringsteknikens mognad (som kan fördubbla ljusets frekvens, det vill säga halvera våglängden), kan våglängdsområdet utökas till 330nm-600nm. Titan safir lasersystem används i femto2nd spektroskopi, ickelinjär optikforskning, generering av vitt ljus, generering av terahertzvågor, etc., och har även tillämpningar inom medicinsk skönhet.
YAG är förkortningen av yttriumaluminiumgranat, som är den mest utmärkta laserkristallmatrisen för närvarande. Efter att ha dopats med neodym (Nd) kan den utmatas 1064nm ljus, och den maximala kontinuerliga uteffekten kan nå 1000w. Under de första dagarna användes en inert gasblixtlampa som pumpkälla, men blixtlampspumpmetoden har ett brett spektralområde, dålig sammanträffande med absorptionsspektrumet för förstärkningsmediet och en stor termisk belastning, vilket resulterar i en låg fotoelektrisk omvandlingshastighet. Så nu med LD (Laser Diode) pumpning kan hög effektivitet, hög effekt och lång livslängd uppnås. Nd:YAG lasergeneratorer kan användas vid behandling av hemangiom och hämmar tumörtillväxt. Den termiska skadan på vävnaden är dock icke-selektiv. Samtidigt som tumörens blodkärl koagulerar kommer överskottsenergin också att skada den omgivande normala vävnaden, och det är lätt att lämna ärr efter operationen. Därför används Nd:YAG-laser mest inom kirurgi, gynekologi, ÖNH och mindre inom dermatologi.
Yb: YAG, Ytterbium (Yb) dopas in i YAG, som kan mata ut ljus på 1030nm. Pumpens våglängd för Yb:YAG är 941nm, vilket är mycket nära utgångsvåglängden, vilket kan uppnå en pumpkvantverkningsgrad på 91.4 %, och värmen som genereras av pumpen dämpas till inom 10% (det mesta av den ingående energin omvandlas till utgående energi, varav en liten del blir värme, gör att omvandlingseffektiviteten är mycket hög), vilket är 25 % till 30% av Nd:YAG. Yb:YAG har blivit ett av de mest attraktiva halvledarlasermedierna, och LD-pumpade högeffekts Yb:YAG halvledarlasergeneratorer har blivit en ny forskningshotspot, och betraktas som en av de utvecklingsmässiga högeffektiva, högeffektiva solid-state lasergeneratorerna huvudriktning.
Utöver de två ovanstående kan YAG även dopas med holmium (Ho), erbium (Er), etc. Ho:YAG producerar ögonsäkra 2097nm och 2091nm lasrar, främst för optisk kommunikation, radar och medicinska tillämpningar. Er:YAG matar ut ljus på 2.9 μm, och människokroppen har en hög absorptionshastighet av denna våglängd, vilket har stor användningspotential för laserkirurgi och kärlkirurgi.
Gaslasergenerator
Gaslasergeneratorer är lasersystem som använder gas som ett förstärkningsmedium, i allmänhet pumpar gasurladdningar. Typerna av gaser inkluderar atomgaser (helium-neon, ädelgasjoner och metallånga), molekylära gaser (kväve och koldioxid), excimergaser och tillhandahålls av kemiska reaktioner.
HeNe-lasergeneratorn (HeNe) använder en blandning av 75 % eller mer He och 15 % eller mindre Ne som förstärkningsmedium. Beroende på arbetsmiljön kan den avge grönt (543.5nm), gult (594.1nm), orange (612.0nm), rött (632.8nm) och 3 typer av nära-infrarött ljus (1152nm, 1523nm och 3391nm), varav rött ljus (632.8) är det vanligaste. Strålutmatningen från HeNe-lasergeneratorn har en Gaussisk fördelning och strålkvaliteten är mycket stabil. Även om kraften inte är hög har den en bra prestanda inom området precisionsmätning.
De vanligaste ädelgaslasergeneratorerna är argonjoner (Ar+) och kryptonjoner (Kr+). Dess energiomvandlingshastighet kan nå upp till 0.6%, och den kan kontinuerligt och stabilt uteffekt på 30-50w under lång tid, och dess livslängd överstiger 1000h. Används huvudsakligen inom laserdisplay, Raman-spektroskopi, holografi, olinjär optik och andra forskningsområden, såväl som medicinsk diagnos, utskriftsfärgseparation, bearbetning av metrologimaterial och informationsbearbetning.
Metallånglasergeneratorer tar kopparånga som exempel. Kopparånglasergeneratorn avger huvudsakligen grönt ljus (510.5 nm) och gult ljus (578.2 nm), vilket kan nå en genomsnittlig effekt på 100w och en toppeffekt på 100kw. Dess huvudsakliga användningsområde är pumpkällan för färglasergeneratorer. Dessutom kan den också användas för höghastighetsblixtfotografering, storbildsprojektions-TV och materialbearbetning.
Den kvävemolekylära lasergeneratorn använder kväve som förstärkningsmedium, vilket kan avge ultraviolett ljus på 337.1 nm, 357.7 nm och 315.9 nm, och toppeffekten kan nå 45kw. Den kan användas som en pumpljuskälla för organiska färglasergeneratorer och används också i stor utsträckning vid laserseparation av isotoper, fluorescensdiagnos, ultrahöghastighetsfotografering, föroreningsdetektering, medicinsk och hälsovård och jordbruksuppfödning. Eftersom dess korta våglängd är lättare att fokusera för att få en liten fläck, kan den också användas för att bearbeta submikronkomponenter.
Förstärkningsmediet som används i CO2 lasergeneratorn är koldioxid blandad med helium och kväve, som kan mata ut långt infrarött ljus centrerat på 9.6 μm och 10.6 μm våglängder. Generatorn har en hög energiomvandlingshastighet, uteffekten kan variera från flera watt till tiotusentals watt, och den extremt höga strålkvaliteten gör att CO2 lasergenerator används ofta inom materialbearbetning, vetenskaplig forskning, nationellt försvar och medicin. Du kommer att möta olika CO2 laserskärare och lasergraverare för gravering och skärning av trä, MDF, plywood, tyg, läder, glas, plast och akryl i ditt dagliga liv och i ditt företag.
Excimerer är instabila molekyler som är fyllda med blandningar av olika ädelgaser och halogengaser i resonatorn för att generera lasrar med olika våglängder. Exciteringen uppnås vanligtvis genom relativistiska elektronstrålar (energi större än 200 keV) eller genom tvärgående snabba pulsurladdningar. När de instabila molekylära bindningarna av excimern i excimer till exciterat tillstånd bryts och dissocieras till grundtillståndsatomer, frigörs energin från det excierade tillståndet i form av laserstrålning. Det används ofta inom medicinsk, optisk kommunikation, halvledardisplay, fjärranalys, laservapen och andra områden.
Kemisk lasergenerator är en speciell typ av gaslasersystem som använder energin som frigörs genom kemisk reaktion för att realisera partikelnummerinversion. De flesta av dem arbetar i molekylärt övergångsläge, och det typiska våglängdsområdet är i det nära-infraröda till mittinfraröda spektralområdet. De viktigaste är vätefluorid (HF) och deuteriumfluorid (DF) enheter. Den förra kan mata ut mer än 15 spektrallinjer mellan 2.6 och 3.3 mikron; den senare har cirka 25 spektrallinjer mellan 3.5 och 4.2 mikron. Båda enheterna är för närvarande kapabla till multi-megawatt-utgångar. På grund av sin enorma energi används den vanligtvis inom kärnteknik och militära områden.
Färglasergenerator
Färglasergeneratorer använder ett organiskt färgämne som lasermedium, vanligtvis en flytande lösning. Färglasergeneratorer kan i allmänhet användas över ett bredare våglängdsområde än gasformiga och fasta lasermedia. Deras breda bandbredd gör dem särskilt lämpliga för avstämbara och pulsade lasergeneratorer. Men på grund av dess korta medellivslängd och begränsade uteffekt ersätts den i princip av våglängdsavstämbara solid-state lasrar som titan safir.
Diodlasergenerator
Diodlasergenerator är ett lasersystem som använder halvledarmaterial som arbetssubstans. Det finns 3 excitationslägen: elektrisk injektion, elektronstråleexcitering och optisk pumpning. Liten storlek, lågt pris, hög effektivitet, lång livslängd, låg strömförbrukning, kan användas inom elektronisk information, laserutskrift, laserpekare, optisk kommunikation, laser-TV, liten laserprojektor, elektronisk information, integrerad optik och andra områden.
Fiberlasergenerator
Fiberlasergenerator hänvisar till en typ av lasersystem som använder sällsynta jordartselement-dopad glasfiber som ett förstärkningsmedium. Det används ofta inom metall- och icke-metalltryck, märkning, gravering, borrning, skärning, rengöring, svetsning (lödning, vattenhärdning, beklädnad och djupsvetsning), militär, försvar och säkerhet, medicinsk utrustning, stor infrastruktur och som en pump för andra laserkällor. Du kommer att träffas lasergravyrer för fiber för personliga texter och mönster, fiberlaserskärare för metalltillverkning, fiberlaserrengöringsmaskiner för rostborttagning, färgborttagning och beläggningsborttagning, fiberlasersvetsmaskiner för metallfogar i ditt liv.
Gratis elektronlasergenerator
Gratis elektronlasergenerator är en ny typ av högeffekts koherent strålningskälla som skiljer sig från traditionell lasergenerator. Den behöver inte gas, flytande eller fast material som arbetsmaterial, utan omvandlar direkt den kinetiska energin hos högenergielektronstrålen till koherent strålningsenergi. Därför kan det också anses att arbetssubstansen i frielektronlasergeneratorn är fria elektroner. Den har en rad utmärkta egenskaper som hög effekt, hög effektivitet, brett utbud av våglängdsinställning och tidsstruktur för ultrakorta pulser. Förutom det finns det ingen lasergenerator som kan ha dessa funktioner samtidigt. Det har betydande framtidsutsikter inom områdena fysikforskning, laservapen, laserfusion, fotokemi och optisk kommunikation.
