С момента своего открытия в 1960-х годах лазерные технологии постоянно развивались и стали неотъемлемой частью отрасли. Лазеры — это... разделены на пять основных типов в зависимости от уровня усиления. Вы можете узнать об этом подробнее. типы лазеров, их рабочий процесс и разнообразные реальные приложения в данном руководстве.
Что такое лазер?
Лазер Аббревиатура аббревиатура расшифровывается как усиление света путем стимулированного излучения. Лазер усиливает свет. интенсивность света и создает лучи высокой направленности Достаточно мощные, чтобы прорезать металлические поверхности. Кроме того, эти световые лучи могут подниматься на многие километры в небо.
Лазерный луч отличается от светового луча, который, в свою очередь, когерентное, коллимированный и монохроматическийДля лучшего понимания работы лазера необходимо знать его компоненты. Лазер состоит из следующих основных элементов:
- Энергетический ресурс: It качает свет в усиливающую среду, также известную как источник накачки. Источник энергии варьируется в зависимости от типа лазера: это может быть лампа-вспышка, другой лазер, химическая реакция или электрический разряд. Источник накачки отвечает за достижение инверсии населенности, поскольку он перекачивает молекулы или атомы от низшего уровня к высшему. энергия.
- Среднее усиление: Это главный компонент лазера, где происходит лазерное воздействие. Он также известен как активная среда или лазерная среда. Усиление среднее определяет длину волны любой лазерное излучениеЛазерная среда может содержать газов, жидкие красители, твердые кристаллы и полупроводники.
- Резонатор: Резонатор использует зеркала для усиления оптического усиления среды усиления. Используются два типа зеркал, в том числе: частично отражающее зеркало и очень рефлексивный.
После подробного обсуждения лазеров мы собираемся рассмотреть различные их типы.
1. Волоконный лазер
Волоконные лазеры были впервые представлены в 1960-х годах, но их коммерческое использование началось в 1990-х годах. С тех пор технология волоконных лазеров развивалась, а их эффективность и возможности применения растут.
Определение и базовая структура
Волоконные лазеры — это категория твердотельных лазеров, в которых в качестве активной усиливающей среды используются оптические волокна. В этих лазерах используется фосфатное стекло или силикатное волокно который поглощает исходный свет от источника накачки. Затем этот свет преобразуется в лазерный луч. конкретная длина волны.
Как работает волоконный лазер?
Во-первых, источник энергии используется для создания накачки света. В волоконных лазерах в качестве источника энергии в основном используется электричество, которое затем преобразуется в энергию света с помощью лазерных диодов накачки. Затем муфта объединяет свет от нескольких источников и преобразует его в один источник. После сбора света в отдельный лазерный диод он передается в усиливающую среду.
На следующем этапе свет насоса проходит через оптическое волокно, которое состоит из сердцевины (светоносной части) и оболочки (материала, окружающего сердцевину). Наконец, свет достигает легированной части волокна, известной как резонатор лазера.
В резонаторе лазера используются редкоземельные элементы. возбуждать электроны на более высокий энергетический уровень. Это делается до тех пор, пока не будет достигнута инверсия населенностей. Это стадия, когда в возбужденном состоянии находится больше электронов, чем обычно. Здесь электроны возбуждаются и повторно возбуждаются до тех пор, пока не будет достигнут устойчивый поток необработанного лазерного света. Этот свет совершенствуется дальше для использования в различных приложениях.
Волоконные лазеры — это энергоэффективныйНевероятно стабильные и простые в обслуживании. Это очень точныйдаже в сложных конструкциях. Однако волоконная лазерная резка требуется надлежащие протоколы безопасностии его применение ограничено неметаллическими материалами.
Проще говоря, принцип работы нашего волоконного лазера несложен: сначала лазер накачки. преобразует электрическую энергию в световой поток насоса., который затем впрыскивается во внутреннее двухслойное волокно — сердцевина волокна отвечает за передачу светаВ то время как внешняя оболочка надежно удерживает свет внутри ядра, в конечном итоге возбуждая частицы редкоземельных элементов в лазерном резонаторе и формируя стабильный лазерный луч.
Наше устройство обеспечивает эффективность электрооптического преобразования, равную за% 35значительно превосходящее традиционное оборудование с ламповыми насосами. После его использования завод по обработке металлоконструкций в провинции Чжэцзян сократил ежемесячное время простоя на техническое обслуживание с 12 часов до меньше, чем 2 часови это может Сохранение стабильной точности обработки даже после 72 часов. обеспечивает непрерывную работу и стабильность, значительно превосходящую средние показатели по отрасли.
Примеры
- Волоконные лазеры, легированные эрбием
- Волоконные лазеры, легированные тулием
- Волоконные лазеры с иттербием
Области применения
Волоконные лазеры производят широкий спектр Длины волнтак что у них есть Несколько приложений. Они могут эффективно очищать металлы; этот процесс известен как очистка металла и может быть настроен для различных параметров производственной линии.
Кроме того, они имеют Лазерная маркировка приложения и помогают наносить несмываемую маркировку на пластик и металлы. высококонтрастные маркерыПомимо маркировки, волоконные лазеры используются для гравировки, травления и т.д. отжиг.
Что еще? Волоконные лазеры позволяют выполнять даже сложную резку с впечатляющим качеством кромок; следовательно, они являются лучшим вариантом для лазерная резка. Это позволило исключить затраты на инструменты и сократить время наладки и простоя. Кроме того, волоконные лазеры обеспечивают высокую точность, безопасность и точность в диагностической визуализации и хирургии.
Взяв в качестве типичного примера наш волоконный лазер, можно отметить, что, будучи распространенной моделью волоконных лазеров, он может быть адаптирован для работы с различной мощностью. диапазон мощности от 1500 Вт до 60000 Втс позиционированием резки точность ±0.01 мм.
Для таких металлических материалов, как углеродистая и нержавеющая сталь, скорость резания углеродистой стали толщиной 2 мм может достигать... достигать скорости до 18 м/минБлагодаря отсутствию заусенцев на режущей кромке и необходимости в дополнительной заточке, в процессах очистки металла он может эффективно удалять оксидные слои и масло удаляет пятна с поверхности заготовок и подходит для пакетной обработки в таких отраслях, как производство автозапчастей и скобяных изделий.
Наши серия ЕС Волоконно-лазерный станок для резки листового металла помог клиентам, заказывающим автозапчасти, увеличить объемы производства. эффективность на 32% в то время как значительно снижение затрат на расходные материалыэто разрушает традиционное представление о том, что волоконные лазеры могут обрабатывать только неметаллы.
2. Твердотельный лазер
Первый твердотельный лазер было рубиновый лазер, который оказался менее эффективным из-за своей выраженной трехуровневой природы. Впоследствии, другие твердотельные носители Они приобрели популярность благодаря своим лучшим характеристикам.
Как следует из названия, твердотельный лазер использует твердую среду — кристаллический материал или стекло. Твердая среда смешивается с редкоземельные элементы например, эрбий, иттербий, хром или неодим.
Как работает твердотельный лазер?
В твердотельных лазерах ионы В качестве примесей в материал-носитель вводятся вещества. Этот процесс называется легированием, что означает добавление посторонних примесей к определенному веществу. Материал-носитель, используемый в твердотельный лазер Это может быть иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом, стекло, легированное неодимом, а также сапфир или стекло, легированное иттербием. В качестве легирующих примесей используются редкоземельные материалы, такие как хром или эрбий.
Кроме у, дуговые лампы или лампы-вспышки В твердотельных лазерах они используются для оптической накачки. Эти источники накачки дешевы, но имеют умеренная продолжительность жизни и низкий коэффициент энергоэффективностиОднако, а лазерный диод используется для твердотельный с диодной накачкой (DPSS) лазеры. Они обладают способностью достигать высоких мощностей, а также поддерживать хороший уровень энергии. качество луча.
Твердотельные лазеры простой, экономичный и высокоэффективныйЭти лазеры имеют сравнительно более простую конструкцию, чем другие типы, и в активной среде теряется очень мало материала. Выходной сигнал твердотельных лазеров может быть как импульсным, так и непрерывным. Тем не менее, эффективность твердотельных лазеров сравнительно низка. ниже, чем у лазеров на основе углекислого газа..
Примеры
Общие примеры твердотельных лазеров включают:
- Ti: Сапфировые лазеры
- Nd: Стеклянный лазер (неодимовое стекло)
- YB: YAG-лазер (иттрий-алюминиевый гранат, легированный иттербием)
- Nd: ИАГ лазер (иттрий-алюминиевый гранат, легированный неодимом)
Области применения
Твердотельные лазеры для обработки материалов помогают сверлить отверстия в металлах. предложить гибкость в нескольких операциях формирования отверстий и являются более эффективно чем традиционные методы.
Кроме того, лазерное сверление Экономичен, имеет высокую точность и высокую скорость. Эти лазеры используются в вооруженных силах для нацеливания на систему назначения. Кроме того, эти лазеры используются в калиброванных физических приборах, таких как сейсмографы.
Кроме того, твердотельные лазеры помогают удалять абляцию тканей, татуировки, волосы и камни в почках. Они используются в источниках света RGB (красный-зеленый-синий) в лазерных проекторах и принтерах. Кроме того, твердотельные лазеры потенциально могут быть использованы в ядерном синтезе.
3. Газовый лазер
Газовый лазер отличается от других типов лазеров, поскольку он работает по принципу преобразования электрической энергии в световую энергию. Также газовые лазеры бывают разных типов. Тип газа, используемого для создания лазерной среды, определяет эффективность и длину волны лазера.
Определение и базовая структура
Газ используется в качестве активной среды в газовых лазерах. Обычные газы, используемые для этой цели, включают диоксид углерода, ксенон, водород, фтор, криптон, аргон, неон и гелий.
Газовые среды могут быть перекачивается более эффективно, чем твердые среды, Таким образом, газовые лазеры имеют лучшее качество луча и генерировать высокую плотность мощностиК распространенным типам газовых лазеров относятся: гелий-неоновые лазеры, углекислотные лазеры и аргоно-ионные лазеры.
Как работает газовый лазер?
Image Source: science.com
Во-первых, газовые предметы возбуждены посредством электрического разряда и перехода к более высокому энергетическому состоянию. Возбужденные атомы деградировал в состояние с более низкой энергией испуская фотоны. Когда эти фотоны встречаются с возбужденным атомом, эти фотоны... придать энергию атомам Излучать больше фотонов с той же фазой, направлением и энергией.
Эти фотоны перемещаются взад и вперед между зеркалами, образуя резонансную полость. Во время этого процесса свет усиливаетсяв конечном итоге производя лазерные лучи. Газовые лазеры производят высококачественный лучОбладают превосходной пространственной когерентностью и предлагают широкий диапазон выходных длин волн.
Однако газовые лазеры Для этого необходим источник постоянного тока высокого напряжения, а из выделяемых газов выделяются вредные химические вещества, которые могут вызывают травмы кожи и глаз у сотрудников.
Примеры
- Эксимерные лазеры
- Криптоновые лазеры
- Аргоновые лазеры
- Гелий-неоновые лазеры
- Углекислотные лазеры
Области применения
Газовые лазеры находят применение в самых разных областях, от научных исследований до медицины и телекоммуникаций. отличное качество луча и используются в волоконно-оптическая связьГелий-неоновые лазеры используются в учебных и лабораторных демонстрациях благодаря видимому красному лучу и относительной безопасности.
Кроме того, они используются в таких экспериментах, как: ускорение частиц, голография, измерения загрязнения и спектроскопия.Газовые лазеры используются в различных процедурах по лечению кожи и в офтальмологической хирургии.Газовые лазеры CO₂ пригодятся в различных задачах обработки металла, таких как: резкигравировка и сварка. Благодаря высокому поглощению в воде, CO2-лазеры используются для... удаление опухолей, родинок и бородавок.
В интернете можно найти множество схем самых простых герметичных газовых лазеров. Однако CO₂-лазер, используемый в нашей мастерской, претерпел значительную оптимизацию: вместо простой статической герметичной газовой камеры в нем используется небольшой циркуляционный насос для газа, что обеспечивает равномерную концентрацию смеси CO₂ и азота внутри камеры и, как следствие, более стабильный разряд.
Кроме того, наша разрядная трубка изготовлена из керамики, что обеспечивает вдвое больший срок службы по сравнению с обычными стеклянными трубками, а зеркало резонансной полости имеет антиотражающее покрытие с шириной полосы пропускания 10.6 мкм, что повышает электрооптическую эффективность. за% 12.
Один из моих предыдущих клиентов из рекламной индустрии использовал его для непрерывной резки акрила в течение 100 часов при перепадах напряжения. меньше, чем 2%демонстрируя стабильность, значительно превосходящую стабильность обычного оборудования общего назначения.
4. Лазер на красителях
Лазеры на красителях может генерировать лазеры любой частоты ближнего ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов; следовательно, они известны как перестраиваемые лазеры. Они имеют широкое применение в различных областях.
Определение и базовая структура
Лазеры на красителях, также известные как жидкостные лазеры, используют органический краситель в качестве усиливающей среды. Одной из их ключевых особенностей является то, что они длину волны можно контролировать во время операции. В жидкостных лазерах обычно используются флуоресцеин натрия, родамин 6G или родамин B.
Как работает лазер на красителе?
Как мы упомянули выше, активной средой жидкостного лазера является органический краситель. В то же время, используемые в них растворители могут быть Этиленгликоль, алкоголь или ВодяныеВо-первых, краситель закачивается в капиллярную трубку из накопительной емкости. Краситель выходит из трубки с лампой-вспышкой, а выходной луч с помощью окна Брюстера перемещается к выходному ответвителю.
Выходной соединитель представляет собой 50% отражающее зеркало в то время как выходная длина волны сильно варьируется, а максимальный выходной сигнал 618 нм Достижимо. Лазеры на красителях доступны в видимом диапазоне, имеют высокая выходная мощность, меньший диаметр пучка и расходимость.
С помощью лазеров на красителях можно получать различные диапазоны длин волн, которые используются для... широкий спектр функций в медицинской сфере. Тем не менее, лазеры на красителях имеют высокая стоимость и чрезвычайно сложная химическая формула.
Примеры
- Струйный лазер на красителе
- Лазер на жидком азоте
- Лазер на красителе родамин 6G
- Полимерный лазер, легированный красителем
- Лазер на ароматических углеводородных красителях
Области применения
Лечение лазером на красителях лечит шрамы на теле, в том числе родимые пятна, такие как пятна от портвейна, сосудистые звездочки на лице и т. д. Длинноимпульсный лазер на красителе помогает лечить покраснение и тонкие линии. Перестраиваемые лазеры используются для разделения изотопов. Кроме того, лазер на органических красителях используется в биомедицинских науках, голографии и спектроскопии.
Эти лазеры способны возбуждать определенные молекулы, поэтому они помогают в молекулярные науки для изучения характеристик молекул. Наряду с твердотельными лазерами в нелинейных кристаллах, лазеры на красителях излучают свет с более короткими длинами волн, например, ультрафиолетовое излучение. Кроме того, они являются используется в фотохимиигде для запуска или катализа реакции необходима определенная длина волны.
5. Полупроводниковый (диодный) лазер
Полупроводниковые лазеры экономичны, более эффективны и потребляют меньше энергии, чем другие лазерные системы. Эти лазеры имеют уникальные особенности, такие как монохроматический характер, небольшой размер светового пятна и высокая плотность света. Благодаря этим свойствам диодные лазеры становятся популярными в энергетическом и медицинском секторах.
Определение и базовая структура
Лазерные диоды также имеют положительно-отрицательно заряженные соединения (PN) как обычные диоды. Однако собственный слой лазерный диод полируется для создания спонтанного излучения. Поскольку внутренний слой полируется, генерируемые фотоны усиливаются, преобразуя электрический ток в лазерный свет.
Полупроводниковые лазеры Они выполняют важнейшие медицинские функции, поскольку используются в стоматологии, дерматологии и офтальмологии. Кроме того, они широко применяются в лазерных сканерах, принтерах, сканерах штрих-кодов и т. д.
Как работает полупроводниковый (диодный) лазер?
Активной средой полупроводникового лазера является диод с прямым смещением PN-переходаВ этом соединении полупроводник n-типа имеет избыток электронов, тогда как полупроводник p-типа имеет лишние отверстияПрикладывается напряжение прямого смещения, которое выталкивает электроны и дырки в переход, где они притягиваются и сталкиваются. В ходе этого процесса происходит рекомбинационное излучение.
Избыточная энергия — это высвобождаются в виде фотоновчто дополнительно стимулирует рекомбинацию электронов и дырок, в конечном итоге приводя к генерации лазерного излучения.
Эти лазеры имеют более длительный срок службы, низкая стоимость обслуживанияи сравнительно безопасная эксплуатация. Кроме того, они используют малое энергопотребление и работают в режиме постоянного тока низкого напряжения. С другой стороны, полупроводниковые лазеры чувствителен к перепадам температуры, и их выходной лазерный луч не узкий.
Примеры
- Квантовый каскадный лазер
- Лазерный диод с краевым излучением
- Диодный лазер с внешним резонатором (ECDL)
Области применения
Полупроводниковые лазеры используются в CD и DVD-проигрыватели для чтения и записи данных. Кроме того, они помогают в судебно-медицинской и биомедицинской диагностике. Полупроводниковые лазеры используются в сканеры штрих-кода и Лазерные принтеры. Кроме того, они пригодятся в различных видах спектроскопии для определения характеристик материалов и химического анализа.
Диоды есть важные источники света для оптоволоконной связи. Мощные диоды Они помогают в лазерной резке и сварке. В медицине их используют для лечения некоторых кожных заболеваний, отбеливания зубов и операций на мягких тканях. Кроме того, диодные лазеры выступают в качестве источника накачки для определенных типов лазеров, таких как твердотельные лазеры.
Сравнение 5 различных типов лазеров
Каждый тип лазера имеет свои особенности. выходная мощность, длина волны, области применения и другие характеристикиМы решили представить вам эту информацию в виде таблицы.
Эти пять типов лазеров значительно различаются по своим основным параметрам и сценариям применения: наши волоконные лазеры с примесью иттербия. охватывает диапазон мощности от 1500 Вт до 60000 Вт., и их Длина волны 1070 нм это делает их предпочтительным выбором для тяжелой промышленной переработки, например, резка металла, сварка и очистка;
В то время как газовые лазеры на основе CO₂, с Диапазон мощности: 60 Вт - 6000 Вт и длина волны 10.6 мкмОбладают лучшей впитываемостью неметаллических материалов, что делает их основными материалами для резки и гравировки кожи и акрила;
Твердотельные лазеры Nd:YAG с мощностью диапазон мощности 100–2000 Вт и длина волны 1064 нмв основном используются для сценарии высокоточной обработки например, высокоточное сверление и медицинская эстетика;
полупроводниковые лазеры, такие как лазерные диоды с краевым излучением, имеют диапазон мощности от 1 Вт до 500 Втимеют небольшой размер и часто используются в качестве источников насосного оборудования для других лазеров или для сканирования штрих-кодов и небольшого маркировочного оборудования; а также лазеры на красителе родамин 6G, с их длина волны 500-700 нм...
Его регулируемая длина волны играет незаменимая роль в областях с особыми требованиями к длине волны, например, для лечения кожи и научного спектрального анализа.
Как выбрать правильный лазер для вашего проекта?
Выбор подходящего лазера для вашего проекта предполагает рассмотрение нескольких факторов:
- Требования к кандидатам: Определите конкретные задачи, которые должен выполнять лазер, например: резка, сварка, гравировка или медицинские примененияРазличные типы лазеров (CO2, волоконные, диодные и т. д.) подходят для разных задач.
- Совместимость материалов: Убедитесь, что лазер включен. совместимый с материалами, которые вы планируете использовать с чем бы они ни работали, будь то металлы, пластик, дерево или другие вещества. Некоторые лазеры более эффективны для определенных материалов, чем другие.
- Мощность и точность: Определите необходимый уровень мощности и точность для вашего проекта. Лазеры большей мощности... подходит для резки более толстых материалов.В то время как лазеры меньшей мощности лучше подходят для детальной, точной работы.
- Бюджет и обслуживание: Учитывайте свой бюджет, в том числе: первоначальные затраты и долгосрочные расходы на техническое обслуживаниеНекоторые лазеры могут иметь более высокие первоначальные затраты но меньшие потребности в техническом обслуживании, В то время как другие могут быть дешевле на начальном этапе, но требуют большего обслуживания.
Оценив эти факторы, вы сможете выбрать лазер, который лучше всего соответствует потребностям вашего проекта и обеспечивает оптимальную производительность.
Что касается вопросов выбора режима обработки, которые всех волнуют, основываясь на данных наших реальных испытаний и отзывах клиентов: в сценариях резки наши волоконные лазеры подходят для обработки металла с позиционированием. точность ±0.01 мм и обработка Эффективность на 32% выше, чем в среднем по отрасли.в то время как CO₂-лазеры являются специализирован для резки неметаллов;
Для сварки, волоконные лазеры — это предпочтительный выбор, как их концентрированный источник тепла может поддерживать стабильный коэффициент текучести сварного шва на 99.5% с минимальной деформацией сварного шва; в сценариях гравировки диодные лазеры могут создавать тонкие метки. всего 1 мм на металле и пластике, в то время как CO₂-лазеры могут комплексная рельефная гравировка на неметаллах, удовлетворяя различные потребности в обработке.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
1. Какой лазер используется для лазерной резки?
Наши волоконные лазеры подходят для резки металла с функцией позиционирования. точность ±0.01 мм и эффективность обработки на 32% выше чем в среднем по отрасли. Наши CO₂-лазеры лучше. подходит для резки неметаллических материалов. например, древесину и акрил, производство гладкие края которые не требуют дополнительной полировки.
2. Какой лазер используется для лазерной сварки?
Волоконные лазеры предпочтительнее для лазерная сварка потому что они обеспечивают концентрированный источник тепла и точное управлениечто обеспечивает прочные и чистые сварные швы, особенно в металлах.
3. Какой лазер используется для лазерной гравировки?
Диодные и CO₂-лазеры используются для лазерной гравировки, потому что они обеспечивает точный контроль для выполнения детальной работы. CO₂-лазеры универсальный для различных материаловВ то время как диодные лазеры эффективны для маркировки и гравировки металлов и пластмасс.
4. Какой лазер лучше подходит для лазерной сварки?
Волоконные лазеры наши основной сварочный инструментОни обеспечивают централизованный и регулируемый источник тепла, помогая нашим клиентам, покупающим автозапчасти. достичь 99.5% выхода годной продукции при сваркеСварные швы сильный и эстетически приятные на ощупь, с минимальной деформацией, что делает их особенно привлекательными. подходит для высокоточной сварки металлических заготовок.
Заключение
Лазерные технологии постоянно развиваются, и появляются всё новые их типы. открытие новых возможностейПоскольку лазерные технологии будут улучшать дальше, посмотрим новые достижения в области науки и медицины.
Каждый тип лазера имеет свои особенности. отличительные преимущества, недостатки и области примененияНезависимо от того, являетесь ли вы студентом, желающим узнать о различных типах лазеров, или бизнесменом, стремящимся использовать возможности лазерных технологий, это руководство вам поможет!
Инвестируете в лазерную систему? Получите бесплатный образец проверки в Baison!
Лазерные технологии обширны, что затрудняет выбор наиболее подходящего для вас варианта. Не существует универсального решения, подходящего всем, поэтому не соглашайтесь на меньшее. Позволять Байсон сделайте предположения и помогите вам выбрать ПРАВИЛЬНУЮ лазерную систему, которая соответствует вашим особым потребностям. Мы предлагаем комплексные оценки in лазерная маркировка, очистка, лазерная резка и сварка в одном месте.
