Lazerinės technologijos į žmonių gyvenimą įžengė iš visų pusių, tačiau yra daug lazerinių generatorių tipų, kurių kiekvienas turi skirtingą bangos ilgį ir skirtingas charakteristikas, todėl ir taikymo sritys skiriasi. Manau, kad dauguma žmonių jaučia šiokį tokį galvos skausmą susidūrę su sudėtingais lazerinių generatorių tipais. Todėl šiame straipsnyje apibendrinamos ir paaiškinamos įvairių tipų lazerinių generatorių savybės ir praktinis pritaikymas po vieną.
Pagal skirtingas darbo terpes lazeriniai generatoriai skirstomi į 6 tipus: kietojo kūno, dujų, dažų, diodų, skaidulų ir laisvųjų elektronų lazerių generatorius. Tarp jų yra daug kietojo kūno ir dujų lazerių poskyrių. Išskyrus laisvųjų elektronų lazerius, įvairių lazerių pagrindiniai veikimo principai yra tie patys, įskaitant siurblio šaltinį, optinį rezonatorių ir stiprinimo terpę.
Kietojo kūno lazerinis generatorius
Kietojo kūno lazerių generatoriuose šviesa paprastai naudojama kaip siurblio šaltinis, o kristalas arba stiklas, galintis generuoti šviesą, vadinamas darbine medžiaga. Medžiaga sudaryta iš matricos ir aktyvuoto jono. Matricos medžiaga suteikia tinkamą aktyvuoto jono egzistavimo ir darbo aplinką, o aktyvuotas jonas užbaigia lazerio generavimo procesą. Dažniausiai naudojami aktyvūs jonai daugiausia yra pereinamųjų metalų jonai, tokie kaip chromo, kobalto, nikelio ir kiti jonai, bei retųjų žemių metalų jonai, tokie kaip neodimio jonai. Kaip rezonatoriaus veidrodžiai naudojami dielektrine plėvele padengti veidrodžiai, vienas iš jų yra pilnas veidrodis, o kitas – pusinis veidrodis. Naudojant skirtingus aktyvuotus jonus, skirtingas matricos medžiagas ir skirtingus šviesos sužadinimo bangos ilgius, bus skleidžiami įvairūs skirtingo bangos ilgio lazeriai.
Rubino lazerio generatoriaus išskiriamo lazerio bangos ilgis yra 694.3 nm, o fotoelektrinio konversijos greitis yra mažas – tik 0.1 %. Tačiau jo fluorescencinis tarnavimo laikas yra ilgas, todėl jis padeda kaupti energiją, ir jis gali išgauti didelę maksimalią impulso galią. Lazeris, generuojamas rubino lazdele, kurios storis prilygsta rašiklio šerdiai ir yra ilgas pirštas, gali lengvai prasiskverbti pro geležies lakštą. Prieš atsirandant efektyvesnėms YAG lazerių sistemoms, rubino lazerių sistemos buvo plačiai naudojamos... lazerinis pjovimas ir gręžimas. Be to, 694 nm šviesą lengvai sugeria melaninas, todėl rubino lazeriai taip pat naudojami pigmentinėms dėmėms (odos dėmėms) gydyti.
Dėl savo kristalinių savybių Ti:Safyro lazerinis generatorius turi platų derinimo diapazoną (t. y. derinamo bangos ilgio diapazoną) ir, prireikus, gali skleisti 660–1200 nm bangos ilgio šviesą. Kartu su dažnio dvigubinimo technologijos branda (kuri gali padvigubinti šviesos dažnį, t. y. sumažinti bangos ilgį perpus), bangos ilgių diapazoną galima išplėsti iki 330–600 nm. Titano safyro lazerinės sistemos naudojamos femto2-ojoje spektroskopijoje, netiesinės optikos tyrimuose, baltos šviesos generavimui, terahercinių bangų generavimui ir kt., taip pat taikomos medicininėje kosmetologijoje.
YAG yra itrio aliuminio granato santrumpa, kuris šiuo metu yra puikiausia lazerio kristalinė matrica. Pridėjus neodimio (Nd), jis gali išgauti 1064nm šviesa, o maksimali nuolatinė išėjimo galia gali siekti 1000 W. Ankstyvaisiais laikais kaip siurblio šaltinis buvo naudojama inertinių dujų blykstės lempa, tačiau blykstės lempos siurblio metodas pasižymi plačiu spektriniu diapazonu, prastu sutapimu su stiprinimo terpės sugerties spektru ir didele šilumine apkrova, dėl ko fotoelektrinis konversijos greitis yra mažas. Taigi dabar naudojant LD (lazerinio diodo) siurbimą, galima pasiekti didelį efektyvumą, didelę galią ir ilgą tarnavimo laiką. Nd:YAG lazerio generatoriai gali būti naudojami hemangiomų gydymui ir naviko augimo slopinimui. Tačiau audinių terminis pažeidimas nėra selektyvus. Krešinant naviko kraujagysles, perteklinė energija taip pat pažeidžia aplinkinius normalius audinius, todėl po operacijos lengva palikti randus. Todėl Nd:YAG lazeris dažniausiai naudojamas chirurgijoje, ginekologijoje, LOR ir rečiau dermatologijoje.
Yb:YAG, iterbis (Yb) yra legiruojamas į YAG, kuris gali skleisti 1030 nm šviesą. Yb:YAG siurblio bangos ilgis yra 941 nm, tai yra labai artima išėjimo bangos ilgiui, kuris gali pasiekti 91.4 % siurblio kvantinį efektyvumą, o siurblio generuojama šiluma yra slopinama iki... 10% (didžioji dalis įeinančios energijos paverčiama išeinančia energija, kurios nedidelė dalis tampa šiluma, todėl konversijos efektyvumas yra labai didelis), kuris yra nuo 25 % iki 30% Nd:YAG. Yb:YAG tapo viena patraukliausių kietojo kūno lazerių terpių, o LD kaupinami didelės galios Yb:YAG kietojo kūno lazerių generatoriai tapo nauja tyrimų sritimi ir yra laikomi viena iš pagrindinių didelio efektyvumo, didelės galios kietojo kūno lazerių generatorių kūrimo krypčių.
Be minėtų dviejų, YAG taip pat gali būti legiruotas holmiu (Ho), erbiu (Er) ir kt. Ho:YAG gamina akims saugius 2097 nm ir 2091 nm lazerius, daugiausia skirtus optiniam ryšiui, radarams ir medicinos reikmėms. Er:YAG skleidžia 2.9 μm bangos ilgio šviesą, o žmogaus kūnas pasižymi dideliu šio bangos ilgio sugerties greičiu, todėl turi didelį pritaikymo potencialą lazerinėje chirurgijoje ir kraujagyslių chirurgijoje.
Dujų lazerinis generatorius
Dujų lazerių generatoriai yra lazerinės sistemos, kurios kaip stiprinimo terpę naudoja dujas, paprastai pumpuodamos dujų išlydžius. Dujų rūšys yra atominės dujos (helis-neonas, inertinių dujų jonai ir metalų garai), molekulinės dujos (azotas ir anglies dioksidas), eksimerinės dujos, ir jos gaunamos cheminių reakcijų metu.
„HeNe“ lazerinis generatorius (HeNe) kaip stiprinimo terpę naudoja 75 % ar daugiau He ir 15 % ar mažiau Ne mišinį. Priklausomai nuo darbo aplinkos, jis gali skleisti žalią (543.5 nm), geltoną (594.1 nm), oranžinę (612.0 nm), raudoną (632.8 nm) ir 3 tipų artimojo infraraudonojo spektro šviesą (1152 nm, 1523 nm ir 3391 nm), iš kurių dažniausiai naudojama raudona šviesa (632.8 nm). „HeNe“ lazerinio generatoriaus skleidžiamas spindulys turi Gauso skirstinį, o spindulio kokybė yra labai stabili. Nors galia nėra didelė, jis pasižymi geromis savybėmis tiksliųjų matavimų srityje.
Įprasti tauriųjų dujų lazerių generatoriai yra argono jonai (Ar+) ir kriptono jonai (Kr+). Jų energijos konversijos greitis gali siekti iki 0.6 %, o jie gali nuolat ir stabiliai ilgą laiką tiekti 30–50 W galią, o jų tarnavimo laikas viršija 1000 val. Daugiausia naudojami lazeriniuose ekranuose, Ramano spektroskopijoje, holografijoje, netiesinėje optikoje ir kitose tyrimų srityse, taip pat medicininėje diagnostikoje, spausdinimo spalvų atskyrime, metrologijos medžiagų apdorojime ir informacijos apdorojime.
Metalo garų lazerių generatorių pavyzdys yra vario garai. Vario garų lazerių generatorius daugiausia skleidžia žalią šviesą (510.5 nm) ir geltoną šviesą (578.2 nm), kurios vidutinė galia gali siekti 100 W, o maksimali galia – 100 kW. Pagrindinė jo taikymo sritis yra dažų lazerių generatorių siurblio šaltinis. Be to, jis taip pat gali būti naudojamas greitaeigei fotografijai su blykste, didelio ekrano projekciniams televizoriams ir medžiagų apdirbimui.
Azoto molekulinis lazerinis generatorius kaip stiprinimo terpę naudoja azotą, kuris gali skleisti 337.1 nm, 357.7 nm ir 315.9 nm ultravioletinę šviesą, o didžiausia galia gali siekti 45 kW. Jis gali būti naudojamas kaip siurblio šviesos šaltinis organinių dažų lazerių generatoriams, taip pat plačiai naudojamas izotopų lazeriniame atskyrime, fluorescencinėje diagnostikoje, itin didelės spartos fotografijoje, taršos aptikime, medicinos ir sveikatos priežiūros srityse bei žemės ūkio veisime. Kadangi trumpą bangos ilgį lengviau sufokusuoti, kad būtų gauta maža dėmė, jis taip pat gali būti naudojamas submikroninių komponentų apdorojimui.
Stiprinimo terpė, naudojama CO2 Lazerinis generatorius yra anglies dioksido, sumaišyto su heliu ir azotu, generatorius gali skleisti tolimojo infraraudonojo spindulio šviesą, kurios bangos ilgis yra 9.6 μm ir 10.6 μm. Generatorius pasižymi dideliu energijos konversijos greičiu, išėjimo galia gali svyruoti nuo kelių vatų iki dešimčių tūkstančių vatų, o itin aukšta spindulio kokybė leidžia... CO2 lazerinis generatorius plačiai naudojamas medžiagų apdirbime, moksliniuose tyrimuose, nacionalinėje gynyboje ir medicinoje. Susipažinsite su skirtingais CO2 lazeriniai pjaustytuvai bei lazeriniai graviratoriai medienos, MDF, faneros, audinio, odos, stiklo, plastiko ir akrilo graviravimui ir pjovimui jūsų kasdieniame gyvenime ir versle.
Eksimerai yra nestabilios molekulės, kurios rezonatoriuje užpildomos skirtingų inertinių ir halogeninių dujų mišiniais, kad būtų generuojami skirtingo bangos ilgio lazeriai. Sužadinimas paprastai pasiekiamas reliatyvistiniais elektronų pluoštais (energija didesnė nei 200 keV) arba skersiniais greitaisiais impulsiniais išlydžiais. Kai sužadintos būsenos eksimero nestabilūs molekuliniai ryšiai nutrūksta ir suskyla į pagrindinės būsenos atomus, sužadintos būsenos energija išsiskiria lazerio spinduliuotės pavidalu. Jis plačiai naudojamas medicinoje, optiniame ryšiuose, puslaidininkių ekranuose, nuotolinio stebėjimo sistemose, lazeriniuose ginkluose ir kitose srityse.
Cheminis lazerinis generatorius yra specialus dujų lazerių sistemos tipas, kuris naudoja cheminės reakcijos metu išsiskiriančią energiją dalelių skaičiaus inversijai realizuoti. Dauguma jų veikia molekulinio pereinamojo laikotarpio režimu, o tipinis bangos ilgio diapazonas yra artimojo infraraudonojo ir vidutinio infraraudonojo spektro srityje. Svarbiausi yra vandenilio fluorido (HF) ir deuterio fluorido (DF) įrenginiai. Pirmasis gali išgauti daugiau nei 15 spektrinių linijų tarp 2.6 ir 3.3 mikrono; antrasis turi apie 25 spektrines linijas tarp 3.5 ir 4.2 mikrono. Abu įrenginiai šiuo metu gali pasiekti kelių megavatų galią. Dėl didžiulės energijos jis paprastai naudojamas branduolinėje inžinerijoje ir karinėje srityje.
Dažų lazerio generatorius
Dažų lazerių generatoriai kaip lazerio terpę naudoja organinius dažus, dažniausiai skystą tirpalą. Dažų lazerių generatoriai paprastai gali būti naudojami platesniame bangos ilgių diapazone nei dujinės ir kietojo kūno lazerių terpės. Dėl plataus dažnių juostos pločio jie ypač tinka derinamiesiems ir impulsiniams lazerių generatoriams. Tačiau dėl trumpo terpės tarnavimo laiko ir ribotos išėjimo galios juos iš esmės pakeičia derinamojo bangos ilgio kietojo kūno lazeriai, tokie kaip titano safyro.
Diodinis lazerinis generatorius
Diodinis lazerinis generatorius yra lazerinė sistema, kurioje kaip darbinė medžiaga naudojamos puslaidininkinės medžiagos. Yra 3 sužadinimo režimai: elektrinis įpurškimas, elektronų pluošto sužadinimas ir optinis pumpavimas. Mažas dydis, maža kaina, didelis efektyvumas, ilgas tarnavimo laikas, mažos energijos sąnaudos, gali būti naudojamas elektroninės informacijos, lazerinio spausdinimo, lazerinių žymeklių, optinio ryšio, lazerinės televizijos, mažų lazerinių projektorių, elektroninės informacijos, integruotos optikos ir kitose srityse.
Pluošto lazerio generatorius
Pluošto lazerinis generatorius – tai lazerinės sistemos tipas, kuriame kaip stiprinimo terpė naudojamas retųjų žemių elementais legiruotas stiklo pluoštas. Jis plačiai naudojamas metalo ir nemetalinių paviršių spausdinimui, žymėjimui, graviravimui, gręžimui, pjovimui, valymui, suvirinimui (litavimui, vandens gesinimui, plakiravimui ir giluminiam suvirinimui), kariuomenėje, gynyboje ir saugumo srityje, medicinos įrangoje, didelėje infrastruktūroje ir kaip siurblys kitiems lazeriniams šaltiniams. Susipažinsite su... pluoštiniai lazeriniai graviratoriai suasmenintiems tekstams ir raštams, pluošto lazeriniai pjaustytuvai metalo apdirbimui, pluošto lazerinio valymo mašinos rūdžių šalinimui, dažų nuėmimui ir dangos šalinimui, pluoštinio lazerinio suvirinimo aparatai metalinėms jungtims jūsų gyvenime.
Nemokamas elektronų lazerinis generatorius
Laisvųjų elektronų lazerinis generatorius yra naujo tipo didelės galios koherentinės spinduliuotės šaltinis, kuris skiriasi nuo tradicinio lazerinio generatoriaus. Jam nereikia dujų, skysčio ar kietos medžiagos kaip darbinės medžiagos, o jis tiesiogiai paverčia didelės energijos elektronų pluošto kinetinę energiją koherentine spinduliuotės energija. Todėl galima teigti, kad laisvųjų elektronų lazerinio generatoriaus darbinė medžiaga yra laisvieji elektronai. Jis pasižymi daugybe puikių savybių, tokių kaip didelė galia, didelis efektyvumas, platus bangos ilgio reguliavimo diapazonas ir itin trumpų impulsų laiko struktūra. Be jo, nėra jokio kito lazerinio generatoriaus, kuris galėtų turėti šias savybes vienu metu. Jis turi didelių perspektyvų fizikos tyrimų, lazerinių ginklų, lazerinės sintezės, fotochemijos ir optinių ryšių srityse.
