La tecnología láser ha entrado en la vida de las personas desde todos los aspectos, pero existen muchos tipos de generadores láser, cada uno con diferentes longitudes de onda y características diferentes, por lo que los campos de aplicación también son diferentes. Creo que la mayoría de las personas sienten un poco de dolor de cabeza ante los complicados tipos de generadores láser. Por lo tanto, este artículo resume y explica las características y aplicaciones prácticas de varios tipos de generadores láser uno por uno.
Según los diferentes medios de trabajo, los generadores láser se dividen en 6 tipos: generadores láser de estado sólido, de gas, de colorante, de diodo, de fibra y de electrones libres. Entre ellos, hay muchas subdivisiones de láseres de estado sólido y de gas. A excepción de los láseres de electrones libres, los principios básicos de funcionamiento de varios láseres son los mismos, incluida la fuente de bombeo, el resonador óptico y el medio de ganancia.
Generador láser de estado sólido
En los generadores láser de estado sólido, generalmente se utiliza luz como fuente de bombeo, y el cristal o vidrio que puede generar luz se denomina material de trabajo. El material está compuesto por una matriz y un ion activado. El material de la matriz proporciona un entorno de existencia y trabajo adecuado para el ion activado, y el ion activado completa el proceso de generación láser. Los iones activos de uso común son principalmente iones de metales de transición, como cromo, cobalto, níquel y otros iones e iones de metales de tierras raras, como iones de neodimio. Los espejos recubiertos con películas dieléctricas se utilizan como espejos resonadores, uno de los cuales es un espejo completo y el otro es un medio espejo. Cuando se utilizan diferentes iones activados, diferentes materiales de matriz y diferentes longitudes de onda de excitación de luz, se emitirán varios láseres de diferentes longitudes de onda.
La longitud de onda láser emitida por el generador láser de rubí es de 694.3 nm y la tasa de conversión fotoeléctrica es baja, solo el 0.1 %. Sin embargo, su vida útil fluorescente es larga, lo que favorece el almacenamiento de energía, y puede generar una alta potencia de pico de pulso. El láser generado por una varilla de rubí con un grosor del núcleo de un bolígrafo y un dedo largo puede penetrar fácilmente la lámina de hierro. Antes de la aparición de sistemas láser YAG más eficientes, los sistemas láser de rubí se usaban ampliamente en corte por láser Además, la luz de 694 nm es fácilmente absorbida por la melanina, por lo que los láseres rubí también se utilizan en el tratamiento de lesiones pigmentadas (manchas en la piel).
Debido a sus propiedades cristalinas, el generador láser de zafiro de titanio tiene un amplio rango ajustable (es decir, el rango de longitud de onda ajustable) y puede emitir luz con una longitud de onda de 660 nm a 1200 nm según sea necesario. Junto con la madurez de la tecnología de duplicación de frecuencia (que puede duplicar la frecuencia de la luz, es decir, reducir a la mitad la longitud de onda), el rango de longitud de onda se puede extender a 330 nm-600 nm. Los sistemas láser de zafiro de titanio se utilizan en espectroscopia femto2nd, investigación óptica no lineal, generación de luz blanca, generación de ondas de terahercios, etc., y también tienen aplicaciones en la belleza médica.
YAG es la abreviatura de granate de itrio y aluminio, que es la matriz cristalina láser más excelente en la actualidad. Después de ser dopado con neodimio (Nd), puede producir 1064nm luz, y la potencia máxima de salida continua puede alcanzar los 1000w. En los primeros días, se utilizó una lámpara de destello de gas inerte como fuente de bombeo, pero el método de bombeo de la lámpara de destello tiene un amplio rango espectral, una mala coincidencia con el espectro de absorción del medio de ganancia y una gran carga térmica, lo que resulta en una baja tasa de conversión fotoeléctrica. Por lo tanto, ahora, utilizando el bombeo LD (diodo láser), se puede lograr una alta eficiencia, alta potencia y larga vida útil. Los generadores láser Nd:YAG se pueden utilizar en el tratamiento de hemangiomas e inhiben el crecimiento del tumor. Sin embargo, el daño térmico al tejido no es selectivo. Mientras coagula los vasos sanguíneos del tumor, el exceso de energía también dañará el tejido normal circundante y es fácil dejar cicatrices después de la cirugía. Por lo tanto, el láser Nd:YAG se usa principalmente en cirugía, ginecología, otorrinolaringología y menos en dermatología.
Yb:YAG, el iterbio (Yb) se dopa en YAG, que puede emitir luz de 1030 nm. La longitud de onda de bombeo de Yb:YAG es de 941 nm, que está muy cerca de la longitud de onda de salida, lo que puede lograr una eficiencia cuántica de bombeo del 91.4%, y el calor generado por el bombeo se suprime dentro de los límites de nm. 10% (la mayor parte de la energía de entrada se convierte en energía de salida, una pequeña parte de la cual se convierte en calor, lo que significa que la eficiencia de conversión es muy alta), que es del 25%. 30% de Nd:YAG. Yb:YAG se ha convertido en uno de los medios láser de estado sólido más atractivos, y los generadores láser de estado sólido Yb:YAG de alta potencia bombeados por LD se han convertido en un nuevo foco de investigación y se consideran una de las direcciones principales de desarrollo de generadores láser de estado sólido de alta eficiencia y alta potencia.
Además de los dos anteriores, el YAG también se puede dopar con holmio (Ho), erbio (Er), etc. El Ho:YAG produce láseres de 2097 nm y 2091 nm seguros para la vista, principalmente para comunicaciones ópticas, radares y aplicaciones médicas. El Er:YAG emite una luz de 2.9 μm, y el cuerpo humano tiene una alta tasa de absorción de esta longitud de onda, lo que tiene un gran potencial de aplicación para la cirugía láser y la cirugía vascular.
Generador láser de gas
Los generadores láser de gas son sistemas láser que utilizan gas como medio de ganancia, generalmente bombeando descargas de gas. Los tipos de gases incluyen gases atómicos (helio-neón, iones de gases nobles y vapores metálicos), gases moleculares (nitrógeno y dióxido de carbono), gases excímeros y se generan mediante reacciones químicas.
El generador láser HeNe (HeNe) utiliza una mezcla de 75% o más de He y 15% o menos de Ne como medio de ganancia. Dependiendo del entorno de trabajo, puede emitir luz verde (543.5 nm), amarilla (594.1 nm), naranja (612.0 nm), roja (632.8 nm) y 3 tipos de luz infrarroja cercana (1152 nm, 1523 nm y 3391 nm), de las cuales la luz roja (632.8 nm) es la más utilizada. La salida del haz del generador láser HeNe tiene una distribución gaussiana y la calidad del haz es muy estable. Aunque la potencia no es alta, tiene un buen rendimiento en el campo de la medición de precisión.
Los generadores láser de gas noble más comunes son los iones de argón (Ar+) y los iones de criptón (Kr+). Su tasa de conversión de energía puede alcanzar hasta el 0.6%, y puede generar de forma continua y estable una potencia de 30-50w durante mucho tiempo, y su vida útil supera las 1000 h. Se utiliza principalmente en pantallas láser, espectroscopia Raman, holografía, óptica no lineal y otros campos de investigación, así como en diagnóstico médico, separación de colores de impresión, procesamiento de materiales de metrología y procesamiento de información.
Los generadores láser de vapor de metal toman como ejemplo el vapor de cobre. El generador láser de vapor de cobre emite principalmente luz verde (510.5 nm) y luz amarilla (578.2 nm), que pueden alcanzar una potencia media de 100 W y una potencia máxima de 100 kW. Su principal área de aplicación es la fuente de bombeo de los generadores láser de colorante. Además, también se puede utilizar para fotografía con flash de alta velocidad, proyección de TV en pantalla grande y procesamiento de materiales.
El generador de láser molecular de nitrógeno utiliza nitrógeno como medio de ganancia, que puede emitir luz ultravioleta de 337.1 nm, 357.7 nm y 315.9 nm, y la potencia máxima puede alcanzar los 45 kW. Se puede utilizar como fuente de luz de bombeo para generadores de láser de colorante orgánico y también se utiliza ampliamente en la separación láser de isótopos, el diagnóstico de fluorescencia, la fotografía de ultraalta velocidad, la detección de contaminación, la atención médica y sanitaria y la cría agrícola. Debido a que su longitud de onda corta es más fácil de enfocar para obtener un punto pequeño, también se puede utilizar para procesar componentes submicrónicos.
El medio de ganancia utilizado en el CO2 El generador láser es dióxido de carbono mezclado con helio y nitrógeno, que puede generar luz infrarroja lejana centrada en longitudes de onda de 9.6 μm y 10.6 μm. El generador tiene una alta tasa de conversión de energía, la potencia de salida puede variar desde varios vatios hasta decenas de miles de vatios, y la calidad extremadamente alta del haz hace que el CO2 El generador láser se utiliza ampliamente en el procesamiento de materiales, la investigación científica, la defensa nacional y la medicina. Encontrará diferentes CO2 cortadores láser y grabadoras láser para grabar y cortar madera, MDF, madera contrachapada, tela, cuero, vidrio, plástico y acrílico en su vida diaria y negocio.
Los excímeros son moléculas inestables que se llenan con mezclas de diferentes gases nobles y gases halógenos en el resonador para generar láseres de diferentes longitudes de onda. La excitación se logra generalmente mediante haces de electrones relativistas (energía superior a 200 keV) o mediante descargas de pulsos rápidos transversales. Cuando los enlaces moleculares inestables del excímero en estado excitado se rompen y se disocian en átomos en estado fundamental, la energía del estado excitado se libera en forma de radiación láser. Se utiliza ampliamente en medicina, comunicación óptica, pantallas de semiconductores, detección remota, armas láser y otros campos.
El generador de láser químico es un tipo especial de sistema láser de gas que utiliza la energía liberada por una reacción química para realizar la inversión del número de partículas. La mayoría de ellos funcionan en modo de transición molecular y el rango típico de longitud de onda se encuentra en la región espectral del infrarrojo cercano al infrarrojo medio. Los más importantes son los dispositivos de fluoruro de hidrógeno (HF) y fluoruro de deuterio (DF). El primero puede generar más de 15 líneas espectrales entre 2.6 y 3.3 micrones; el segundo tiene alrededor de 25 líneas espectrales entre 3.5 y 4.2 micrones. Ambos dispositivos son actualmente capaces de generar varios megavatios. Debido a su enorme energía, generalmente se utiliza en ingeniería nuclear y campos militares.
Generador de láser de colorante
Los generadores de láser de colorante utilizan un colorante orgánico como medio láser, generalmente una solución líquida. Los generadores de láser de colorante generalmente se pueden usar en una gama más amplia de longitudes de onda que los medios láser gaseosos y de estado sólido. Su amplio ancho de banda los hace particularmente adecuados para generadores láser sintonizables y pulsados. Sin embargo, debido a su corta vida media y potencia de salida limitada, básicamente se reemplaza por láseres de estado sólido ajustables en longitud de onda como el zafiro de titanio.
Generador de láser de diodo
El generador láser de diodo es un sistema láser que utiliza materiales semiconductores como sustancia activa. Tiene 3 modos de excitación: inyección eléctrica, excitación por haz de electrones y bombeo óptico. Tiene un tamaño pequeño, un precio bajo, una alta eficiencia, una larga vida útil y un bajo consumo de energía. Se puede utilizar en información electrónica, impresión láser, puntero láser, comunicación óptica, TV láser, proyector láser pequeño, información electrónica, óptica integrada y otros campos.
Generador de láser de fibra
El generador láser de fibra se refiere a un tipo de sistema láser que utiliza fibra de vidrio dopada con elementos de tierras raras como medio de ganancia. Se utiliza ampliamente en la impresión, marcado, grabado, perforación, corte, limpieza, soldadura (soldadura fuerte, temple en agua, revestimiento y soldadura profunda) de metales y no metales, en el ámbito militar, de defensa y seguridad, en equipos médicos, en grandes infraestructuras y como bomba para otras fuentes láser. grabadores láser de fibra para textos y patrones personalizados, cortadoras láser de fibra para fabricación de metales, máquinas de limpieza láser de fibra Para eliminar óxido, quitar pintura y quitar revestimientos, máquinas de soldadura por láser de fibra para las uniones metálicas en tu vida.
Generador láser de electrones libres
El generador láser de electrones libres es un nuevo tipo de fuente de radiación coherente de alta potencia diferente del generador láser tradicional. No necesita gas, líquido o sólido como material de trabajo, sino que convierte directamente la energía cinética del haz de electrones de alta energía en energía de radiación coherente. Por lo tanto, también se puede considerar que la sustancia de trabajo del generador láser de electrones libres son electrones libres. Tiene una serie de excelentes características como alta potencia, alta eficiencia, amplio rango de ajuste de longitud de onda y estructura temporal de pulsos ultracortos. Aparte de él, no hay ningún generador láser que pueda tener estas características al mismo tiempo. Tiene perspectivas considerables en los campos de la investigación física, las armas láser, la fusión láser, la fotoquímica y las comunicaciones ópticas.
