Lāzertehnoloģijas ir ienākušas cilvēku dzīvē no visām pusēm, taču ir daudz dažādu lāzerģeneratoru veidu, katram no tiem ir atšķirīgs viļņu garums un atšķirīgas īpašības, tāpēc arī pielietojuma jomas ir atšķirīgas. Es uzskatu, ka lielākajai daļai cilvēku ir nelielas galvassāpes, saskaroties ar sarežģītajiem lāzerģeneratoru veidiem. Tāpēc šajā rakstā ir apkopotas un izskaidrotas dažādu lāzerģeneratoru veidu īpašības un praktiskie pielietojumi pa vienam.
Atkarībā no dažādiem darba materiāliem lāzerģeneratori tiek iedalīti 6 veidos: cietvielu, gāzes, krāsvielu, diožu, šķiedru un brīvo elektronu lāzerģeneratori. Starp tiem ir daudz cietvielu un gāzes lāzeru apakšklases. Izņemot brīvo elektronu lāzerus, dažādu lāzeru pamatdarbības principi ir vienādi, tostarp sūkņa avots, optiskais rezonators un pastiprinājuma vide.
Cietvielu lāzera ģenerators
Cietvielu lāzeru ģeneratoros gaismu parasti izmanto kā sūkņa avotu, un kristālu vai stiklu, kas var ģenerēt gaismu, sauc par darba materiālu. Materiāls sastāv no matricas un aktivēta jona. Matricas materiāls nodrošina aktivētajam jonam piemērotu eksistenci un darba vidi, un aktivētais jons pabeidz lāzera ģenerēšanas procesu. Bieži izmantotie aktīvie joni galvenokārt ir pārejas metālu joni, piemēram, hroma, kobalta, niķeļa un citi joni, kā arī retzemju metālu joni, piemēram, neodīma joni. Kā rezonatora spoguļi tiek izmantoti ar dielektriskām plēvēm pārklāti spoguļi, no kuriem viens ir pilns spogulis, bet otrs ir pusspogulis. Izmantojot dažādus aktivētos jonus, dažādus matricas materiālus un dažādus gaismas ierosmes viļņu garumus, tiks izstaroti dažādi lāzeri ar dažādu viļņu garumu.
Rubīna lāzera ģeneratora izstarotā lāzera viļņa garums ir 694.3 nm, un fotoelektriskās konversijas ātrums ir zems, tikai 0.1%. Tomēr tā fluorescences kalpošanas laiks ir ilgs, kas veicina enerģijas uzkrāšanu, un tas var izstarot augstu impulsa maksimālo jaudu. Lāzers, ko ģenerē rubīna stienis ar pildspalvas serdes biezumu un garu pirkstu, var viegli iekļūt dzelzs loksnē. Pirms efektīvāku YAG lāzeru sistēmu parādīšanās rubīna lāzeru sistēmas tika plaši izmantotas lāzergriešana un urbšana. Turklāt 694 nm gaismu melanīns viegli absorbē, tāpēc rubīna lāzerus izmanto arī pigmentētu bojājumu (ādas plankumu) ārstēšanā.
Pateicoties tā kristāliskajām īpašībām, Ti:Sapphire lāzera ģeneratoram ir plašs regulēšanas diapazons (tas ir, regulējamā viļņa garuma diapazons), un tas var izstarot gaismu ar viļņa garumu no 660 nm līdz 1200 nm pēc nepieciešamības. Apvienojumā ar frekvences dubultošanas tehnoloģijas briedumu (kas var dubultot gaismas frekvenci, tas ir, uz pusi samazināt viļņa garumu), viļņa garuma diapazonu var paplašināt līdz 330 nm līdz 600 nm. Titāna safīra lāzera sistēmas tiek izmantotas femto2nd spektroskopijā, nelineārās optikas pētījumos, baltās gaismas ģenerēšanā, terahercu viļņu ģenerēšanā utt., un tām ir arī pielietojums medicīniskajā skaistumkopšanā.
YAG ir itrija alumīnija granāta saīsinājums, kas pašlaik ir izcilākā lāzera kristāla matrica. Pēc dopinga ar neodīmu (Nd) tas var izvadīt 1064nm gaismu, un maksimālā nepārtrauktā izejas jauda var sasniegt 1000 W. Agrāk kā sūkņa avotu izmantoja inertas gāzes zibspuldzes lampu, taču zibspuldzes lampas sūknēšanas metodei ir plašs spektra diapazons, slikta sakritība ar pastiprinājuma vides absorbcijas spektru un liela termiskā slodze, kā rezultātā fotoelektriskā konversijas ātrums ir zems. Tāpēc tagad, izmantojot LD (lāzera diodes) sūknēšanu, var panākt augstu efektivitāti, lielu jaudu un ilgu kalpošanas laiku. Nd:YAG lāzera ģeneratorus var izmantot hemangiomu ārstēšanā un kavēt audzēja augšanu. Tomēr audu termiskie bojājumi nav selektīvi. Koagulējot audzēja asinsvadus, liekā enerģija bojā arī apkārtējos normālos audus, un pēc operācijas ir viegli atstāt rētas. Tāpēc Nd:YAG lāzeru galvenokārt izmanto ķirurģijā, ginekoloģijā, LOR un mazāk dermatoloģijā.
Yb:YAG, iterbijs (Yb) ir piedevēts YAG, kas var izstarot gaismu ar viļņa garumu 1030 nm. Yb:YAG sūkņa viļņa garums ir 941 nm, kas ir ļoti tuvu izejas viļņa garumam, kas var sasniegt sūkņa kvantu efektivitāti 91.4%, un sūkņa radītais siltums tiek samazināts līdz 10% (lielākā daļa ievades enerģijas tiek pārveidota par izejas enerģiju, no kuras neliela daļa kļūst par siltumu, kas nozīmē, ka konversijas efektivitāte ir ļoti augsta), kas ir no 25% līdz 30% Nd:YAG. Yb:YAG ir kļuvis par vienu no pievilcīgākajiem cietvielu lāzera materiāliem, un LD sūknētie lieljaudas Yb:YAG cietvielu lāzera ģeneratori ir kļuvuši par jaunu pētniecības centru un tiek uzskatīti par vienu no galvenajiem augstas efektivitātes, lieljaudas cietvielu lāzera ģeneratoru attīstības virzieniem.
Papildus iepriekšminētajiem diviem, YAG var būt arī leģēts ar holmiju (Ho), erbiju (Er) utt. Ho:YAG ražo acīm drošus 2097 nm un 2091 nm lāzerus, galvenokārt optiskajai komunikācijai, radariem un medicīnas vajadzībām. Er:YAG izstaro 2.9 μm gaismu, un cilvēka ķermenim ir augsts šī viļņa garuma absorbcijas ātrums, kas sniedz lielu pielietojumu lāzerķirurģijā un asinsvadu ķirurģijā.
Gāzes lāzera ģenerators
Gāzes lāzeru ģeneratori ir lāzeru sistēmas, kas kā pastiprināšanas vidi izmanto gāzi, parasti sūknējot gāzes izlādes. Gāzu veidi ietver atomārās gāzes (hēlijs-neons, cēlgāzes joni un metālu tvaiki), molekulārās gāzes (slāpeklis un oglekļa dioksīds), eksimērgāzes, un tās rodas ķīmisku reakciju rezultātā.
HeNe lāzera ģenerators (HeNe) kā pastiprināšanas vidi izmanto maisījumu, kas sastāv no 75% vai vairāk He un 15% vai mazāk Ne. Atkarībā no darba vides tas var izstarot zaļu (543.5 nm), dzeltenu (594.1 nm), oranžu (612.0 nm), sarkanu (632.8 nm) un 3 veidu tuvā infrasarkanā stara (1152 nm, 1523 nm un 3391 nm), no kuriem visbiežāk tiek izmantota sarkanā gaisma (632.8 nm). HeNe lāzera ģeneratora staram ir Gausa sadalījums, un stara kvalitāte ir ļoti stabila. Lai gan jauda nav augsta, tam ir laba veiktspēja precīzu mērījumu jomā.
Visbiežāk sastopamie cēlgāzes lāzera ģeneratori ir argona joni (Ar+) un kriptona joni (Kr+). Tā enerģijas konversijas ātrums var sasniegt pat 0.6%, un tas var nepārtraukti un stabili ilgstoši ražot 30–50 W jaudu, un tā kalpošanas laiks pārsniedz 1000 stundas. To galvenokārt izmanto lāzera displejos, Ramana spektroskopijā, hologrāfijā, nelineārajā optikā un citās pētniecības jomās, kā arī medicīniskajā diagnostikā, drukāšanas krāsu atdalīšanā, metroloģijas materiālu apstrādē un informācijas apstrādē.
Metāla tvaika lāzera ģeneratoru piemērs ir vara tvaiki. Vara tvaika lāzera ģenerators galvenokārt izstaro zaļu gaismu (510.5 nm) un dzeltenu gaismu (578.2 nm), un tā vidējā jauda var sasniegt 100 W un maksimālo jaudu 100 kW. Tā galvenā pielietojuma joma ir krāsu lāzera ģeneratoru sūkņa avots. Turklāt to var izmantot arī ātrdarbīgai zibspuldzes fotografēšanai, liela ekrāna projekcijas televizoriem un materiālu apstrādei.
Slāpekļa molekulārais lāzera ģenerators kā pastiprināšanas vidi izmanto slāpekli, kas var izstarot ultravioleto gaismu ar viļņu garumu 337.1 nm, 357.7 nm un 315.9 nm, un maksimālā jauda var sasniegt 45 kW. To var izmantot kā sūkņa gaismas avotu organisko krāsu lāzera ģeneratoriem, un to plaši izmanto arī izotopu lāzera atdalīšanā, fluorescences diagnostikā, īpaši ātrdarbīgā fotografēšanā, piesārņojuma noteikšanā, medicīnā un veselības aprūpē, kā arī lauksaimniecībā. Tā kā tā īso viļņa garumu ir vieglāk fokusēt, lai iegūtu nelielu plankumu, to var izmantot arī submikronu komponentu apstrādei.
Pastiprināšanas vide, ko izmanto šajā CO2 Lāzera ģenerators ir oglekļa dioksīds, kas sajaukts ar hēliju un slāpekli, un tas var izstarot tālo infrasarkano gaismu ar centru 9.6 μm un 10.6 μm viļņu garumos. Ģeneratoram ir augsts enerģijas konversijas ātrums, izejas jauda var svārstīties no vairākiem vatiem līdz desmitiem tūkstošu vatu, un ārkārtīgi augstā stara kvalitāte padara to... CO2 lāzera ģenerators tiek plaši izmantots materiālu apstrādē, zinātniskajā pētniecībā, valsts aizsardzībā un medicīnā. Jūs satiksiet dažādus CO2 lāzera griezēji un lāzergraveri koka, MDF, saplākšņa, auduma, ādas, stikla, plastmasas un akrila gravēšanai un griešanai ikdienas dzīvē un biznesā.
Eksimēri ir nestabilas molekulas, kas rezonatorā ir piepildītas ar dažādu cēlgāzu un halogēna gāzu maisījumiem, lai ģenerētu dažāda viļņa garuma lāzerus. Ierosmi parasti panāk ar relatīvistiskiem elektronu stariem (enerģija lielāka par 200 keV) vai ar šķērsvirziena ātras impulsa izlādēm. Kad ierosinātā stāvokļa eksimēra nestabilās molekulārās saites tiek pārrautas un disociētas pamatstāvokļa atomos, ierosinātā stāvokļa enerģija tiek atbrīvota lāzera starojuma veidā. To plaši izmanto medicīnā, optiskajā sakaros, pusvadītāju displejos, tālizpētē, lāzerieročos un citās jomās.
Ķīmiskā lāzera ģenerators ir īpaša veida gāzes lāzera sistēma, kas izmanto ķīmiskās reakcijas laikā atbrīvoto enerģiju, lai realizētu daļiņu skaita inversiju. Lielākā daļa no tiem darbojas molekulārās pārejas režīmā, un tipiskais viļņu garuma diapazons ir no tuvā infrasarkanā līdz vidējam infrasarkanajam spektra apgabalam. Vissvarīgākās no tām ir fluorūdeņraža (HF) un deitērija fluorīda (DF) ierīces. Pirmā var izstarot vairāk nekā 15 spektra līnijas starp 2.6 un 3.3 mikroniem; otrajai ir aptuveni 25 spektra līnijas starp 3.5 un 4.2 mikroniem. Abas ierīces pašlaik spēj sasniegt vairāku megavatu jaudu. Tā milzīgās enerģijas dēļ to parasti izmanto kodoltehnikā un militārajā jomā.
Krāsu lāzera ģenerators
Krāsu lāzeru ģeneratori kā lāzera vidi izmanto organisku krāsvielu, parasti šķidru šķīdumu. Krāsu lāzeru ģeneratorus parasti var izmantot plašākā viļņu garumu diapazonā nekā gāzveida un cietvielu lāzeru vidi. To plašais joslas platums padara tos īpaši piemērotus regulējamiem un impulsu lāzeru ģeneratoriem. Tomēr, ņemot vērā īso vides kalpošanas laiku un ierobežoto izejas jaudu, to būtībā aizstāj ar viļņu garuma regulējamiem cietvielu lāzeriem, piemēram, titāna safīra lāzeriem.
Diodes lāzera ģenerators
Diodes lāzera ģenerators ir lāzera sistēma, kas kā darba vielu izmanto pusvadītāju materiālus. Ir 3 ierosināšanas režīmi: elektriskā iesmidzināšana, elektronu staru ierosināšana un optiskā sūknēšana. Mazs izmērs, zema cena, augsta efektivitāte, ilgs kalpošanas laiks, zems enerģijas patēriņš, to var izmantot elektroniskās informācijas, lāzerdrukas, lāzera rādītājpirkstu, optiskās komunikācijas, lāzertelevizora, maza lāzera projektora, elektroniskās informācijas, integrētās optikas un citās jomās.
Šķiedru lāzera ģenerators
Šķiedru lāzera ģenerators ir lāzera sistēmas veids, kas kā pastiprināšanas vidi izmanto ar retzemju elementiem leģētu stikla šķiedru. To plaši izmanto metāla un nemetāla drukāšanā, marķēšanā, gravēšanā, urbšanā, griešanas, tīrīšanas, metināšanas (lodēšanas, ūdens dzēšanas, apšuvuma un dziļās metināšanas) jomā, militārajā, aizsardzības un drošības jomā, medicīnas iekārtās, lielā infrastruktūrā un kā sūkni citiem lāzera avotiem. Jūs iepazīsities ar... šķiedru lāzera gravieri personalizētiem tekstiem un rakstiem, šķiedru lāzera griezēji metāla izgatavošanai, šķiedru lāzera tīrīšanas mašīnas rūsas noņemšanai, krāsas noņemšanai un pārklājuma noņemšanai, šķiedru lāzera metināšanas iekārtas metāla savienojumiem jūsu dzīvē.
Bezmaksas elektronlāzera ģenerators
Brīvo elektronu lāzera ģenerators ir jauna veida augstas jaudas koherentā starojuma avots, kas atšķiras no tradicionālā lāzera ģeneratora. Tam nav nepieciešama gāze, šķidrums vai cieta viela kā darba viela, bet tas tieši pārveido augstas enerģijas elektronu starojuma kinētisko enerģiju koherentā starojuma enerģijā. Tādēļ var uzskatīt, ka brīvo elektronu lāzera ģeneratora darba viela ir brīvie elektroni. Tam ir virkne izcilu īpašību, piemēram, augsta jauda, augsta efektivitāte, plašs viļņu garuma regulēšanas diapazons un īpaši īsu impulsu laika struktūra. Izņemot to, nav neviena lāzera ģeneratora, kam varētu būt šīs īpašības vienlaikus. Tam ir ievērojamas perspektīvas fizikas pētījumu, lāzerieroču, lāzeru kodolsintēzes, fotoķīmijas un optisko sakaru jomā.
