Типы лазеров 101 Ваш гид по классификации лазеров

Типы лазеров 101: ваш гид по классификации лазеров

Последнее обновление:
11 декабря, 2023

Оглавление

Лазеры можно классифицировать по различным признакам, обычно по активной среде, методу возбуждения, режиму вывода и диапазону длин волн.

Классификация по активной среде делит лазеры на твердотельные, газовые, жидкостные и полупроводниковые.

Кроме того, лазеры можно разделить по их выходному сигналу на непрерывные и импульсные.

(1) Твердотельные лазеры

В твердотельных лазерах используются такие материалы, как рубин, неодимовое стекло и иттрий-алюминиевый гранат (YAG), в которых небольшое количество ионов равномерно легировано в кристалл или стекло. Допированные ионы, известные как активные ионы, отвечают за лазерное излучение. Ионы переходных металлов, такие как хром (Cr3+) и ионы редкоземельных металлов, таких как неодим (Nd3+) и эрбий могут служить активными ионами.

Эти лазеры обычно возбуждаются светом, причем распространенными источниками импульсного света являются ксеноновые лампы-вспышки, а непрерывного - криптоновые дуговые лампы, йод-вольфрамовые лампы и рубидиево-калиевые лампы. В небольших лазерах с длительным сроком службы в качестве источника возбуждения могут использоваться светоизлучающие диоды или солнечный свет. Некоторые новые твердотельные лазеры также возбуждаются другими лазерами.

Твердотельные лазеры отличаются компактными размерами, надежностью, простотой использования и высокой выходной мощностью. Их непрерывная мощность может превышать 100 Вт, а пиковая мощность импульсов может достигать 109W. Однако из-за сложного приготовления активной среды они, как правило, стоят дорого.

(2) Газовые лазеры

В газовых лазерах в качестве активной среды используются газы или пары металлов, обычно содержащиеся в разрядной трубке для генерации активных ионов. Основные методы возбуждения включают электрический, аэродинамический, фотонный и химический, причем электрический является наиболее распространенным.

При соответствующих условиях разряда частицы газа избирательно возбуждаются на более высокий энергетический уровень, создавая инверсию числа частиц между этим и более низким энергетическим уровнем, что приводит к переходам вынужденного излучения. Газовые лазеры могут быть атомными, ионными, молекулярными или эксимерными.

В молекулярных газовых лазерах часто используется CO2 в качестве среды, излучающие преимущественно инфракрасные волны, которые благодаря высокому тепловому эффекту широко используются в лазерной резке, медицине, механической обработке, а также для определения дальности и связи. Эксимерные лазеры излучают в ультрафиолетовом диапазоне и используются в тонкой обработке, фотолитографии и медицине.

Газовые лазеры отличаются простотой конструкции, низкой стоимостью, удобством, хорошим качеством луча и способностью работать непрерывно и стабильно в течение длительного времени. Это самый разнообразный и широко используемый тип лазеров.

(3) Жидкостные лазеры

Жидкостные лазеры, также известные как лазеры на красителях, используют органические красители в качестве активной среды, растворенные в таких растворителях, как этанол, ацетон или вода, но могут работать и в парообразном состоянии. К распространенным органическим красителям относятся родамин, кумарин и фталоцианин, которые позволяют генерировать различные длины лазерных волн в видимом диапазоне. Жидкостные лазеры часто имеют оптическую накачку, либо от лазеров, либо от ламп-вспышек.

Их диапазон длин волн простирается от ультрафиолетового до инфракрасного (от 321 нм до 1,168 мкм), который может быть расширен до вакуумного ультрафиолетового диапазона с помощью методов удвоения частоты. Преимущества жидкостных лазеров заключаются в перестраиваемом непрерывном выходе в широком диапазоне и используются в основном в научных исследованиях и медицине, таких как лазерная спектроскопия, фотохимия, разделение изотопов и фотобиология.

(4) Полупроводниковые лазеры

Полупроводниковые лазеры, также известные как лазерные диоды, используют полупроводниковые материалы в качестве активной среды. Из-за структурных различий процесс лазерной генерации совершенно уникален для разных типов полупроводниковых материалов. К распространенным активным материалам относятся арсенид галлия (GaAs), сульфид кадмия (CdS), фосфид индия (InP) и сульфид цинка (ZnS).

Существует три основных метода возбуждения: электрическая инжекция, возбуждение электронным пучком и оптическая накачка. Полупроводниковые лазеры делятся на типы с гомопереходом, с одинарным гетеропереходом и с двойным гетеропереходом. Лазеры на гомопереходе и одинарном гетеропереходе обычно работают как импульсные устройства при комнатной температуре, в то время как лазеры на двойном гетеропереходе могут работать непрерывно при комнатной температуре.

Полупроводниковые лазеры компактны, имеют долгий срок службы и легко накачиваются простым подачей тока. Их рабочее напряжение и ток совместимы с интегральными схемами, что позволяет осуществлять монолитную интеграцию. Кроме того, их можно напрямую модулировать на частотах до 50-100 ГГц для получения высокоскоростного лазерного излучения.

Благодаря этим преимуществам полупроводниковые лазеры широко используются в лазерной связи, оптических накопителях, оптических гироскопах, лазерной печати, дальномерах и радарах.

(5) Волоконные лазеры

Волоконные лазеры - это тип твердотельных лазеров с легированным редкоземельными элементами волокном в качестве активной среды. Источник накачки волоконного лазера состоит из одной или нескольких мощных лазерных диодных матриц. Излучаемый свет накачки попадает в легированное редкоземельными элементами волокно через специализированную структуру накачки. Фотоны на длине волны накачки поглощаются легированной средой волокна, создавая инверсию населенности, что приводит к стимулированному излучению.

Излучаемые световые волны отражаются от зеркал резонатора, колеблются и создают лазерное излучение. Волоконные лазеры обладают высокой эффективностью связи, легко достигают высокой плотности мощности и отлично отводят тепло, избавляя от необходимости использовать громоздкие системы охлаждения. Они могут похвастаться высокой эффективностью преобразования, низкими пороговыми значениями, превосходным качеством луча и узкой шириной линии.

Кроме того, резонатор волоконных лазеров не содержит оптических линз, что обеспечивает отсутствие необходимости в обслуживании, высокую стабильность и чрезвычайно долгий срок службы, превышающий 100 000 часов. В результате волоконные лазеры постепенно вытесняют другие типы лазеров в таких промышленных областях, как резка, маркировка и сварка.

Запрос БЕСПЛАТНОГО предложения
Контактная форма

Последние сообщения
Будьте в курсе новых и интересных материалов на различные темы, включая полезные советы.

Выбор правильных материалов для проектирования из листового металла

Производство листового металла обычно включает в себя использование методов ручной или штамповочной штамповки для создания пластической деформации в тонких металлических листах, придания формы [...]...
Читать далее
Поговорите с экспертом
Свяжитесь с нами
Наши инженеры по продажам готовы ответить на любые ваши вопросы и предоставить быстрое предложение с учетом ваших потребностей.

Запрос бесплатной цитаты

Контактная форма

Получить бесплатную цитату
Вы получите наш квалифицированный ответ в течение 24 часов.
Контактная форма