Einführung und Anwendungen häufig verwendeter Mainstream-Laser

Seit der Einführung des ersten gepulsten Festkörper-Rubinlasers verlief die Entwicklung von Lasern sehr schnell, und es sind immer wieder Laser mit unterschiedlichen Arbeitsmaterialien und Betriebsmodi auf dem Markt erschienen. Laser werden auf verschiedene Arten klassifiziert:

1. Je nach Betriebsart wird es unterteilt in: kontinuierlicher Laser, quasi-kontinuierlicher Laser, Pulslaser und Ultrakurzpulslaser.

Die Laserleistung des kontinuierlichen Lasers ist kontinuierlich und wird häufig in den Bereichen Laserschneiden, Schweißen und Auftragschweißen eingesetzt. Seine Arbeitseigenschaft besteht darin, dass die Anregung des Arbeitsstoffs und die entsprechende Laserleistung kontinuierlich über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden können. Da im Dauerbetrieb eine Überhitzung des Gerätes oft unvermeidbar ist, müssen in den meisten Fällen entsprechende Kühlmaßnahmen getroffen werden.

Der Impulslaser hat eine große Ausgangsleistung und eignet sich zum Lasermarkieren, Schneiden, Messen usw. Zu seinen Arbeitseigenschaften gehört die Komprimierung der Laserenergie zur Bildung einer schmalen Impulsbreite, einer hohen Spitzenleistung und einer einstellbaren Wiederholungsfrequenz, hauptsächlich einschließlich Güteschaltung und Modusverriegelung , MOPA und andere Methoden. Da der Überhitzungseffekt und der Kantenabsplitterungseffekt durch die Erhöhung der Einzelimpulsleistung wirksam reduziert werden können, wird es hauptsächlich in der Feinbearbeitung eingesetzt.

2. Je nach Arbeitsband ist es unterteilt in: Infrarotlaser, Laser mit sichtbarem Licht, Ultraviolettlaser und Röntgenlaser.

Bei den Lasern im mittleren Infrarotbereich handelt es sich hauptsächlich um CO2-Laser mit 10,6 µm, die weit verbreitet sind.

Nahinfrarotlaser sind weit verbreitet, darunter 1064–1070 nm im Bereich der Laserbearbeitung; 1310 und 1550 nm im Bereich der Glasfaserkommunikation; 905 nm und 1550 nm im Bereich der Lidar-Entfernung; 878 nm, 976 nm usw. für Pumpenanwendungen;

Da Laser mit sichtbarem Licht die Frequenz von 532 nm bis 1064 nm verdoppeln können, werden grüne 532-nm-Laser häufig in der Laserbearbeitung, bei medizinischen Anwendungen usw. eingesetzt.

UV-Laser umfassen hauptsächlich 355 nm und 266 nm. Da es sich bei UV-Licht um eine Kaltlichtquelle handelt, wird es hauptsächlich in der Feinbearbeitung, Markierung, für medizinische Anwendungen usw. verwendet.

3. Je nach Arbeitsmedium wird es unterteilt in: Gaslaser, Faserlaser, Festkörperlaser, Halbleiterlaser usw.

3.1 Zu den Gaslasern zählen hauptsächlich CO2-Laser, die CO2-Gasmoleküle als Arbeitsmedium verwenden. Ihre Laserwellenlängen betragen 10,6 µm und 9,6 µm.

Hauptmerkmal:

-Die Wellenlänge ist für die Bearbeitung nichtmetallischer Materialien geeignet, was das Problem ausgleicht, dass Faserlaser keine Nichtmetalle verarbeiten können und andere Eigenschaften als die Faserlaserbearbeitung im Bearbeitungsbereich aufweist;

-Der Energieumwandlungswirkungsgrad beträgt etwa 20 % bis 25 %, die Dauerausgangsleistung kann den Wert von 104 W erreichen, die Impulsausgangsenergie kann den Wert von 104 Joule erreichen und die Impulsbreite kann auf den Nanosekundenwert komprimiert werden;

-Die Wellenlänge liegt genau im atmosphärischen Fenster und ist für das menschliche Auge viel weniger schädlich als sichtbares Licht und 1064-nm-Infrarotlicht.

Es wird häufig in der Materialverarbeitung, Kommunikation, Radar, induzierten chemischen Reaktionen, Chirurgie usw. eingesetzt. Es kann auch für laserinduzierte thermonukleare Reaktionen, Lasertrennung von Isotopen und Laserwaffen verwendet werden.

3.2 Faserlaser bezieht sich auf einen Laser, der mit Seltenerdelementen dotierte Glasfaser als Verstärkungsmedium verwendet. Aufgrund seiner überlegenen Leistung und Eigenschaften sowie seiner Kostenvorteile ist er derzeit der am weitesten verbreitete Laser. Die Funktionen sind wie folgt:

(1) Gute Strahlqualität: Die Wellenleiterstruktur der optischen Faser bestimmt, dass der Faserlaser leicht eine Einzeltransversalmodus-Ausgabe erhalten kann, von externen Faktoren kaum beeinflusst wird und eine Laserausgabe mit hoher Helligkeit erzielen kann.

(2) Der Ausgangslaser hat viele Wellenlängen: Dies liegt daran, dass die Energieniveaus von Seltenerdionen sehr hoch sind und es viele Arten von Seltenerdionen gibt;

(3) Hoher Wirkungsgrad: Der elektrooptische Gesamtwirkungsgrad kommerzieller Faserlaser beträgt bis zu 25 %, was sich positiv auf Kostensenkung, Energieeinsparung und Umweltschutz auswirkt.

(4) Gute Wärmeableitungseigenschaften: Glasmaterial hat ein extrem niedriges Volumen-zu-Flächen-Verhältnis, schnelle Wärmeableitung und geringe Verluste, sodass die Umwandlungseffizienz hoch und die Laserschwelle niedrig ist;

(5) Kompakte Struktur und hohe Zuverlässigkeit: Es gibt keine optische Linse im Resonanzhohlraum, was die Vorteile einer Einstellungsfreiheit, Wartungsfreiheit und einer hohen Stabilität bietet, die bei herkömmlichen Lasern unerreicht ist;

(6) Niedrige Herstellungskosten: Glasfasern aus Glas zeichnen sich durch niedrige Herstellungskosten, ausgereifte Technologie und die Vorteile der Miniaturisierung und Intensivierung aus, die durch die Wickelbarkeit der optischen Fasern entstehen.

Faserlaser haben ein breites Anwendungsspektrum, darunter Laserfaserkommunikation, Laser-Weltraum-Fernkommunikation, industrieller Schiffbau, Automobilbau, Lasergravur, Lasermarkierung, Laserschneiden, Druckwalzen, militärische Verteidigung und Sicherheit, medizinische Ausrüstung und Ausrüstung usw als Pumpen für andere Laser Pu Yuan und so weiter.

3.3 Das Arbeitsmedium von Festkörperlasern sind isolierende Kristalle, die im Allgemeinen durch optisches Pumpen angeregt werden.

YAG-Laser (Rubidium-dotierter Yttrium-Aluminium-Granat-Kristall) verwenden üblicherweise Krypton- oder Xenonlampen als Pumplampen, da nur wenige spezifische Wellenlängen des Pumplichts von Nd-Ionen absorbiert werden und der Großteil der Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Normalerweise ist der Wirkungsgrad der YAG-Laser-Energieumwandlung niedrig. Und die langsame Bearbeitungsgeschwindigkeit wird nach und nach durch Faserlaser ersetzt.

Neuer Festkörperlaser, ein Hochleistungs-Festkörperlaser, der von einem Halbleiterlaser gepumpt wird. Die Vorteile sind eine hohe Energieumwandlungseffizienz, die elektrooptische Umwandlungseffizienz von Halbleiterlasern beträgt bis zu 50 %, was viel höher ist als die von Blitzlampen; Die während des Betriebs erzeugte reaktive Wärme ist gering, die mittlere Temperatur ist stabil und es kann zu einem vollständig ausgehärteten Gerät verarbeitet werden, wodurch der Einfluss von Vibrationen beseitigt wird. Die Laserspektrumlinie ist schmaler und die Frequenzstabilität ist besser. lange Lebensdauer, einfacher Aufbau und einfache Bedienung.

Der Hauptvorteil von Festkörperlasern gegenüber Faserlasern besteht darin, dass die Einzelimpulsenergie höher ist. In Kombination mit der Ultrakurzpulsmodulation liegt die Dauerleistung im Allgemeinen über 100 W und die Spitzenpulsleistung kann bis zu 109 W betragen. Da jedoch die Herstellung des Arbeitsmediums aufwändiger ist, ist es auch teurer.

Die Hauptwellenlänge beträgt 1064 nm im nahen Infrarot, und durch Frequenzverdoppelung können 532-nm-Festkörperlaser, 355-nm-Festkörperlaser und 266-nm-Festkörperlaser erhalten werden.

3.4 Ein Halbleiterlaser, auch Laserdiode genannt, ist ein Laser, der Halbleitermaterialien als Arbeitssubstanz verwendet.

Halbleiterlaser erfordern keine komplexen Hohlraumresonatorstrukturen und eignen sich daher sehr gut für Miniaturisierungs- und Leichtbauanforderungen. Die fotoelektrische Umwandlungsrate ist hoch, die Lebensdauer ist lang und es ist wartungsfrei. Es wird häufig zum Zeigen, Anzeigen, zur Kommunikation und für andere Anlässe verwendet. Es wird auch häufig als Pumpquelle für andere Laser verwendet. Laserdioden, Laserpointer und andere bekannte Produkte verwenden alle Halbleiterlaser.