Introduzione e applicazioni dei laser tradizionali comunemente usati

Dall'avvento del primo laser a rubino pulsato a stato solido, lo sviluppo dei laser è stato molto rapido e hanno continuato ad apparire laser con vari materiali di lavoro e modalità operative. I laser vengono classificati in vari modi:

1. In base alla modalità operativa, è suddiviso in: laser continuo, laser quasi continuo, laser a impulsi e laser a impulsi ultracorti.

L'emissione laser del laser continuo è continua ed è ampiamente utilizzata nei campi del taglio laser, della saldatura e del rivestimento. La sua caratteristica di funzionamento è che l'eccitazione della sostanza di lavoro e la corrispondente emissione laser possono essere continuate in modo continuo per un lungo periodo di tempo. Poiché durante il funzionamento continuo l'effetto di surriscaldamento dell'apparecchio è spesso inevitabile, nella maggior parte dei casi è necessario adottare misure di raffreddamento adeguate.

Il laser a impulsi ha una grande potenza di uscita ed è adatto per la marcatura, il taglio, la misurazione laser, ecc. Le sue caratteristiche di funzionamento includono la compressione dell'energia laser per formare una larghezza di impulso stretta, un'elevata potenza di picco e una frequenza di ripetizione regolabile, tra cui principalmente la commutazione Q, il blocco della modalità , MOPA e altri metodi. Poiché l'effetto di surriscaldamento e l'effetto di scheggiatura dei bordi possono essere efficacemente ridotti aumentando la potenza del singolo impulso, viene utilizzato principalmente nella lavorazione fine.

2. In base alla banda di lavoro, è divisa in: laser a infrarossi, laser a luce visibile, laser ultravioletto e laser a raggi X.

I laser nel medio infrarosso sono principalmente laser CO2 da 10,6um ampiamente utilizzati;

I laser nel vicino infrarosso sono ampiamente utilizzati, compresi 1064~1070 nm nel campo della lavorazione laser; 1310 e 1550nm nel campo delle comunicazioni in fibra ottica; 905nm e 1550nm nel campo della portata lidar; 878nm, 976nm, ecc. per applicazioni su pompe;

Poiché i laser a luce visibile possono raddoppiare la frequenza da 532 nm a 1064 nm, i laser verdi da 532 nm sono ampiamente utilizzati nella lavorazione laser, nelle applicazioni mediche, ecc.;

I laser UV includono principalmente 355 nm e 266 nm. Poiché i raggi UV sono una fonte di luce fredda, vengono utilizzati principalmente nella lavorazione fine, nella marcatura, nelle applicazioni mediche, ecc.

3. In base al mezzo di lavoro, è suddiviso in: laser a gas, laser a fibra, laser solido, laser a semiconduttore, ecc.

3.1 I laser a gas includono principalmente laser a CO2, che utilizzano molecole di gas CO2 come mezzo di lavoro. Le loro lunghezze d'onda laser sono 10,6um e 9,6um.

caratteristica principale:

-La lunghezza d'onda è adatta alla lavorazione di materiali non metallici, il che compensa il problema che i laser a fibra non possono processare materiali non metallici e presenta caratteristiche diverse dalla lavorazione laser a fibra nel campo della lavorazione;

-L'efficienza di conversione energetica è di circa il 20%~25%, la potenza di uscita continua può raggiungere il livello di 104 W, l'energia di uscita dell'impulso può raggiungere il livello di 104 Joule e la larghezza dell'impulso può essere compressa al livello di nanosecondi;

-La lunghezza d'onda è proprio nella finestra atmosferica ed è molto meno dannosa per l'occhio umano rispetto alla luce visibile e alla luce infrarossa a 1064 nm.

È ampiamente utilizzato nella lavorazione dei materiali, nelle comunicazioni, nei radar, nelle reazioni chimiche indotte, nella chirurgia, ecc. Può anche essere utilizzato per reazioni termonucleari indotte dal laser, separazione laser di isotopi e armi laser.

3.2 Il laser a fibra si riferisce a un laser che utilizza fibra di vetro drogata con elementi di terre rare come mezzo di guadagno. Grazie alle sue prestazioni e caratteristiche superiori, nonché ai vantaggi in termini di costi, è attualmente il laser più utilizzato. Le caratteristiche sono le seguenti:

(1) Buona qualità del raggio: la struttura della guida d'onda della fibra ottica determina che il laser a fibra può ottenere facilmente un'uscita in modalità trasversale singola, è poco influenzato da fattori esterni e può ottenere un'uscita laser ad alta luminosità.

(2) Il laser in uscita ha molte lunghezze d'onda: questo perché i livelli di energia degli ioni di terre rare sono molto ricchi ed esistono molti tipi di ioni di terre rare;

(3) Alta efficienza: l'efficienza elettro-ottica complessiva dei laser a fibra commerciali raggiunge il 25%, il che è vantaggioso per la riduzione dei costi, il risparmio energetico e la protezione dell'ambiente.

(4) Buone caratteristiche di dissipazione del calore: il materiale di vetro ha un rapporto volume-area estremamente basso, una rapida dissipazione del calore e una bassa perdita, quindi l'efficienza di conversione è elevata e la soglia laser è bassa;

(5) Struttura compatta ed elevata affidabilità: non sono presenti lenti ottiche nella cavità risonante, il che presenta i vantaggi di assenza di regolazione, esente da manutenzione ed elevata stabilità, che non ha eguali nei laser tradizionali;

(6) Bassi costi di produzione: la fibra ottica di vetro ha bassi costi di produzione, una tecnologia matura e i vantaggi della miniaturizzazione e dell'intensificazione determinati dalla avvolgibilità della fibra ottica.

I laser a fibra hanno una vasta gamma di applicazioni, tra cui comunicazioni laser a fibra, comunicazioni spaziali laser a lunga distanza, costruzioni navali industriali, produzione automobilistica, incisione laser, marcatura laser, taglio laser, rulli di stampa, difesa e sicurezza militare, apparecchiature e apparecchiature mediche e come pompe per altri laser Pu Yuan e così via.

3.3 Il mezzo di lavoro dei laser a stato solido sono i cristalli isolanti, che generalmente vengono eccitati mediante pompaggio ottico.

I laser YAG (cristallo di granato di ittrio e alluminio drogato con rubidio) utilizzano comunemente lampade al kripton o allo xeno come lampade di pompa, perché solo poche lunghezze d'onda specifiche della luce di pompa saranno assorbite dagli ioni Nd e la maggior parte dell'energia verrà convertita in energia termica. Solitamente l'efficienza di conversione dell'energia del laser YAG è bassa. E la lenta velocità di elaborazione viene gradualmente sostituita dai laser a fibra.

Nuovo laser a stato solido, un laser a stato solido ad alta potenza pompato da un laser a semiconduttore. I vantaggi sono l'elevata efficienza di conversione energetica, l'efficienza di conversione elettro-ottica dei laser a semiconduttore arriva fino al 50%, che è molto superiore a quella delle lampade flash; il calore reattivo generato durante il funzionamento è ridotto, la temperatura media è stabile e può essere trasformato in un dispositivo completamente indurito, eliminando l'influenza delle vibrazioni e la linea dello spettro laser è più stretta, migliore stabilità di frequenza; lunga durata, struttura semplice e facile da usare.

Il vantaggio principale dei laser a stato solido rispetto ai laser a fibra è che l’energia del singolo impulso è maggiore. In combinazione con la modulazione a impulsi ultrabrevi, la potenza continua è generalmente superiore a 100 W e la potenza dell'impulso di picco può arrivare fino a 109 W. Tuttavia, poiché la preparazione del mezzo di lavoro è più complicata, risulta più costosa.

La lunghezza d'onda principale è 1064 nm nel vicino infrarosso e il laser a stato solido da 532 nm, il laser a stato solido da 355 nm e il laser a stato solido da 266 nm possono essere ottenuti raddoppiando la frequenza.

3.4 Il laser a semiconduttore, noto anche come diodo laser, è un laser che utilizza materiali semiconduttori come sostanza di lavoro.

I laser a semiconduttore non richiedono complesse strutture di cavità risonanti, quindi sono molto adatti per esigenze di miniaturizzazione e leggerezza. Il suo tasso di conversione fotoelettrica è elevato, la sua durata è lunga e non richiede manutenzione. Viene spesso utilizzato per indicare, visualizzare, comunicare e in altre occasioni. Viene spesso utilizzato anche come sorgente di pompa per altri laser. Diodi laser, puntatori laser e altri prodotti familiari utilizzano tutti laser a semiconduttore.