A tecnologia laser entrou na vida das pessoas de todos os aspectos, mas há muitos tipos de geradores de laser, cada um com diferentes comprimentos de onda e características diferentes, então os campos de aplicação também são diferentes. Acredito que a maioria das pessoas sente um pouco de dor de cabeça diante dos tipos complicados de geradores de laser. Portanto, este artigo resume e explica os recursos e aplicações práticas de vários tipos de geradores de laser, um por um.
De acordo com diferentes meios de trabalho, os geradores de laser são divididos em 6 tipos: geradores de laser de estado sólido, gás, corante, diodo, fibra e elétron livre. Entre eles, há muitas subdivisões de lasers de estado sólido e gás. Exceto pelos lasers de elétron livre, os princípios básicos de trabalho de vários lasers são os mesmos, incluindo fonte de bomba, ressonador óptico e meio de ganho.
Gerador de laser de estado sólido
Em geradores de laser de estado sólido, a luz é geralmente usada como fonte de bombeamento, e o cristal ou vidro que pode gerar luz é chamado de material de trabalho. O material é composto de uma matriz e um íon ativado. O material da matriz fornece uma existência adequada e ambiente de trabalho para o íon ativado, e o íon ativado completa o processo de geração do laser. Os íons ativos comumente usados são principalmente íons de metais de transição, como cromo, cobalto, níquel e outros íons e íons de metais de terras raras, como íons de neodímio. Os espelhos revestidos com filmes dielétricos são usados como espelhos ressonadores, um dos quais é um espelho completo e o outro é um meio espelho. Ao usar diferentes íons ativados, diferentes materiais de matriz e diferentes comprimentos de onda de excitação de luz, vários lasers de diferentes comprimentos de onda serão emitidos.
O comprimento de onda do laser emitido pelo gerador de laser de rubi é de 694.3 nm, e a taxa de conversão fotoelétrica é baixa, apenas 0.1%. No entanto, sua vida útil fluorescente é longa, o que é propício ao armazenamento de energia, e pode produzir alta potência de pico de pulso. O laser gerado por uma haste de rubi com a espessura de um núcleo de caneta e um dedo longo pode penetrar facilmente na chapa de ferro. Antes do surgimento de sistemas de laser YAG mais eficientes, os sistemas de laser de rubi eram amplamente utilizados em corte a laser e perfuração. Além disso, a luz de 694 nm é facilmente absorvida pela melanina, por isso os lasers de rubi também são usados no tratamento de lesões pigmentadas (manchas na pele).
Devido às suas propriedades cristalinas, o gerador de laser Ti:Safira tem uma ampla faixa ajustável (ou seja, a faixa de comprimento de onda ajustável) e pode emitir luz com um comprimento de onda de 660 nm-1200 nm, conforme necessário. Juntamente com a maturidade da tecnologia de duplicação de frequência (que pode dobrar a frequência da luz, ou seja, reduzir pela metade o comprimento de onda), a faixa de comprimento de onda pode ser estendida para 330 nm-600 nm. Os sistemas de laser de safira de titânio são usados em espectroscopia femto2nd, pesquisa de óptica não linear, geração de luz branca, geração de ondas terahertz, etc., e também têm aplicações em beleza médica.
YAG é a abreviação de granada de alumínio e ítrio, que é a matriz de cristal de laser mais excelente no momento. Após ser dopado com neodímio (Nd), pode produzir 1064nm luz, e a potência máxima de saída contínua pode chegar a 1000w. Nos primeiros dias, uma lâmpada de flash de gás inerte era usada como fonte de bomba, mas o método de bomba de lâmpada de flash tem uma ampla faixa espectral, má coincidência com o espectro de absorção do meio de ganho e uma grande carga térmica, resultando em uma baixa taxa de conversão fotoelétrica. Então, agora usando bombeamento LD (diodo laser), alta eficiência, alta potência e longa vida útil podem ser alcançadas. Os geradores de laser Nd:YAG podem ser usados no tratamento de hemangiomas e inibir o crescimento do tumor. No entanto, o dano térmico ao tecido não é seletivo. Ao coagular os vasos sanguíneos do tumor, o excesso de energia também danificará o tecido normal circundante, e é fácil deixar cicatrizes após a cirurgia. Portanto, o laser Nd:YAG é usado principalmente em cirurgia, ginecologia, otorrinolaringologia e menos em dermatologia.
Yb: YAG, o itérbio (Yb) é dopado em YAG, que pode produzir luz de 1030 nm. O comprimento de onda da bomba de Yb: YAG é 941 nm, que é muito próximo do comprimento de onda de saída, que pode atingir uma eficiência quântica da bomba de 91.4%, e o calor gerado pela bomba é suprimido para dentro 10% (a maior parte da energia de entrada é convertida em energia de saída, uma pequena parte da qual se torna calor, o que significa que a eficiência de conversão é muito alta), que é de 25% a 30% de Nd:YAG. Yb:YAG se tornou uma das mídias de laser de estado sólido mais atraentes, e os geradores de laser de estado sólido Yb:YAG de alta potência bombeados por LD se tornaram um novo ponto de pesquisa e são considerados uma das principais direções de desenvolvimento de geradores de laser de estado sólido de alta eficiência e alta potência.
Além dos dois acima, o YAG também pode ser dopado com hólmio (Ho), érbio (Er), etc. Ho:YAG produz lasers de 2097 nm e 2091 nm seguros para os olhos, principalmente para comunicação óptica, radar e aplicações médicas. Er:YAG emite luz de 2.9 μm, e o corpo humano tem uma alta taxa de absorção desse comprimento de onda, o que tem grande potencial de aplicação para cirurgia a laser e cirurgia vascular.
Gerador de laser a gás
Geradores de laser a gás são sistemas de laser que usam gás como meio de ganho, geralmente bombeando descargas de gás. Os tipos de gases incluem gases atômicos (hélio-neônio, íon de gás nobre e vapor de metal), gases moleculares (nitrogênio e dióxido de carbono), gases excimer e são fornecidos por reações químicas.
O gerador de laser HeNe (HeNe) usa uma mistura de 75% ou mais de He e 15% ou menos de Ne como meio de ganho. Dependendo do ambiente de trabalho, ele pode emitir verde (543.5 nm), amarelo (594.1 nm), laranja (612.0 nm), vermelho (632.8 nm) e 3 tipos de luz infravermelha próxima (1152 nm, 1523 nm e 3391 nm), dos quais a luz vermelha (632.8 nm) é a mais comumente usada. A saída do feixe pelo gerador de laser HeNe tem uma distribuição gaussiana, e a qualidade do feixe é muito estável. Embora a potência não seja alta, ele tem um bom desempenho no campo de medição de precisão.
Os geradores comuns de laser de gás nobre são íons de argônio (Ar+) e íons de criptônio (Kr+). Sua taxa de conversão de energia pode atingir até 0.6%, e pode produzir potência de 30-50w de forma contínua e estável por um longo tempo, e sua vida útil excede 1000h. Usado principalmente em exibição a laser, espectroscopia Raman, holografia, óptica não linear e outros campos de pesquisa, bem como diagnóstico médico, separação de cores de impressão, processamento de material de metrologia e processamento de informações.
Os geradores de laser de vapor de metal tomam o vapor de cobre como exemplo. O gerador de laser de vapor de cobre emite principalmente luz verde (510.5 nm) e luz amarela (578.2 nm), que podem atingir uma potência média de 100 w e uma potência de pico de 100 kw. Sua principal área de aplicação é a fonte de bomba de geradores de laser de corante. Além disso, ele também pode ser usado para fotografia com flash de alta velocidade, TV de projeção de tela grande e processamento de materiais.
O gerador de laser molecular de nitrogênio usa nitrogênio como meio de ganho, que pode emitir luz ultravioleta de 337.1 nm, 357.7 nm e 315.9 nm, e a potência de pico pode atingir 45kw. Ele pode ser usado como uma fonte de luz de bomba para geradores de laser de corante orgânico e também é amplamente usado na separação a laser de isótopos, diagnóstico de fluorescência, fotografia de ultra-alta velocidade, detecção de poluição, assistência médica e de saúde e criação agrícola. Como seu comprimento de onda curto é mais fácil de focar para obter um pequeno ponto, ele também pode ser usado para processar componentes submicrométricos.
O meio de ganho usado no CO2 O gerador de laser é dióxido de carbono misturado com hélio e nitrogênio, que pode emitir luz infravermelha distante centrada em comprimentos de onda de 9.6 μm e 10.6 μm. O gerador tem uma alta taxa de conversão de energia, a potência de saída pode variar de vários watts a dezenas de milhares de watts, e a qualidade extremamente alta do feixe torna o CO2 gerador de laser amplamente utilizado em processamento de materiais, pesquisa científica, defesa nacional e medicina. Você encontrará diferentes CO2 cortadores a laser e gravadores do laser para gravar e cortar madeira, MDF, compensado, tecido, couro, vidro, plástico e acrílico em sua vida diária e empresarial.
Excimers são moléculas instáveis que são preenchidas com misturas de diferentes gases nobres e gases halogênios no ressonador para gerar lasers de diferentes comprimentos de onda. A excitação é geralmente obtida por feixes de elétrons relativísticos (energia maior que 200 keV) ou por descargas de pulso rápido transversais. Quando as ligações moleculares instáveis do excimer de estado excitado são quebradas e dissociadas em átomos de estado fundamental, a energia do estado excitado é liberada na forma de radiação laser. É amplamente utilizado em medicina, comunicação óptica, exibição de semicondutores, sensoriamento remoto, armas a laser e outros campos.
O gerador de laser químico é um tipo especial de sistema de laser a gás que usa a energia liberada pela reação química para realizar a inversão do número de partículas. A maioria deles trabalha no modo de transição molecular, e a faixa de comprimento de onda típica está na região espectral do infravermelho próximo ao infravermelho médio. Os mais importantes são os dispositivos de fluoreto de hidrogênio (HF) e fluoreto de deutério (DF). O primeiro pode produzir mais de 15 linhas espectrais entre 2.6 e 3.3 mícrons; o último tem cerca de 25 linhas espectrais entre 3.5 e 4.2 mícrons. Ambos os dispositivos são atualmente capazes de saídas de vários megawatts. Devido à sua enorme energia, é geralmente usado em engenharia nuclear e campos militares.
Gerador de laser de corante
Os geradores de laser de corante usam um corante orgânico como meio de laser, geralmente uma solução líquida. Os geradores de laser de corante geralmente podem ser usados em uma faixa mais ampla de comprimentos de onda do que meios de laser gasosos e de estado sólido. Sua ampla largura de banda os torna particularmente adequados para geradores de laser sintonizáveis e pulsados. No entanto, devido à sua curta vida média e potência de saída limitada, ele é basicamente substituído por lasers de estado sólido ajustáveis em comprimento de onda, como safira de titânio.
Gerador de laser de diodo
O gerador de laser de diodo é um sistema de laser que usa materiais semicondutores como substância de trabalho. Existem 3 modos de excitação: injeção elétrica, excitação de feixe de elétrons e bombeamento óptico. Tamanho pequeno, preço baixo, alta eficiência, longa vida útil, baixo consumo de energia, pode ser usado em informações eletrônicas, impressão a laser, ponteiro laser, comunicação óptica, TV a laser, pequeno projetor a laser, informações eletrônicas, óptica integrada e outros campos.
Gerador de laser de fibra
O gerador de laser de fibra se refere a um tipo de sistema de laser que usa fibra de vidro dopada com elementos de terras raras como meio de ganho. É amplamente utilizado em impressão de metais e não metais, marcação, gravação, perfuração, corte, limpeza, soldagem (brasagem, têmpera em água, revestimento e soldagem profunda), militar, defesa e segurança, equipamento médico, grande infraestrutura e como uma bomba para outras fontes de laser. Você encontrará gravadores a laser de fibra para textos e padrões personalizados, cortadores a laser de fibra para fabricação de metais, máquinas de limpeza a laser de fibra para remoção de ferrugem, remoção de tinta e remoção de revestimento, máquinas de solda a laser de fibra para juntas metálicas em sua vida.
Gerador de laser de elétrons grátis
O gerador de laser de elétrons livres é um novo tipo de fonte de radiação coerente de alta potência diferente do gerador de laser tradicional. Ele não precisa de gás, líquido ou sólido como material de trabalho, mas converte diretamente a energia cinética do feixe de elétrons de alta energia em energia de radiação coerente. Portanto, também pode ser considerado que a substância de trabalho do gerador de laser de elétrons livres são elétrons livres. Ele tem uma série de excelentes características, como alta potência, alta eficiência, ampla faixa de ajuste de comprimento de onda e estrutura de tempo de pulsos ultracurtos. Exceto por ele, não há gerador de laser que possa ter essas características ao mesmo tempo. Ele tem perspectivas consideráveis nas áreas de pesquisa em física, armas a laser, fusão a laser, fotoquímica e comunicações ópticas.
