Laserová technologie vstoupila do života lidí ze všech aspektů, ale existuje mnoho typů laserových generátorů, každý s jinou vlnovou délkou a jinými vlastnostmi, takže oblasti použití jsou také různé. Věřím, že většinu lidí trochu bolí hlava tváří v tvář komplikovaným typům laserových generátorů. Tento článek proto postupně shrnuje a vysvětluje vlastnosti a praktické aplikace různých typů laserových generátorů.
Podle různých pracovních médií se laserové generátory dělí na 6 typů: pevnolátkové, plynové, barvivové, diodové, vláknové a laserové generátory s volnými elektrony. Mezi nimi existuje mnoho pododdělení pevnolátkových a plynových laserů. S výjimkou laserů s volnými elektrony jsou základní principy činnosti různých laserů stejné, včetně zdroje pumpy, optického rezonátoru a média zisku.
Solid State Laser Generator
V pevnolátkových laserových generátorech se světlo obecně používá jako zdroj čerpadla a krystal nebo sklo, které může generovat světlo, se nazývá pracovní materiál. Materiál se skládá z matrice a aktivovaného iontu. Matricový materiál poskytuje vhodnou existenci a pracovní prostředí pro aktivovaný iont a aktivovaný ion dokončuje proces generování laseru. Běžně používané aktivní ionty jsou hlavně ionty přechodných kovů, jako jsou ionty chrómu, kobaltu, niklu a další ionty a ionty kovů vzácných zemin, jako jsou ionty neodymu. Jako rezonátorová zrcadla se používají zrcadla potažená dielektrickými fóliemi, z nichž jedno je plné zrcadlo a druhé je poloviční zrcadlo. Při použití různých aktivovaných iontů, různých materiálů matrice a různých vlnových délek excitace světla budou emitovány různé lasery různých vlnových délek.
Výstupní vlnová délka laseru generátorem rubínového laseru je 694.3 nm a míra fotoelektrické konverze je nízká, pouze 0.1 %. Jeho fluorescenční životnost je však dlouhá, což vede k ukládání energie, a může vydávat vysoký pulzní špičkový výkon. Laser generovaný rubínovou tyčinkou s tloušťkou jádra pera a dlouhým prstem snadno pronikne železným plechem. Než se objevily účinnější laserové systémy YAG, byly široce používány rubínové laserové systémy řezání laserem a vrtání. 694nm světlo je navíc snadno absorbováno melaninem, proto se rubínové lasery používají i při léčbě pigmentových lézí (kožních skvrn).
Laserový generátor Ti:Sapphire má díky svým krystalovým vlastnostem široký laditelný rozsah (tj. laditelný rozsah vlnových délek) a může vydávat světlo o vlnové délce 660nm-1200nm podle potřeby. Ve spojení s vyspělou technologií zdvojení frekvence (která dokáže zdvojnásobit frekvenci světla, to znamená snížit vlnovou délku na polovinu), lze rozsah vlnových délek rozšířit na 330nm-600nm. Titanové safírové laserové systémy se používají ve femto2nd spektroskopii, výzkumu nelineární optiky, generování bílého světla, generování terahertzových vln atd., a také mají aplikace v lékařské kráse.
YAG je zkratka yttrium hliníkového granátu, což je v současnosti nejdokonalejší laserová krystalická matrice. Po dopování neodymem (Nd) může vystupovat 1064nm světlo a maximální trvalý výstupní výkon může dosáhnout 1000 W. V počátcích se jako zdroj pumpy používala záblesková lampa s inertním plynem, ale metoda pumpy s bleskovou lampou má široký spektrální rozsah, špatnou shodu s absorpčním spektrem ziskového média a velké tepelné zatížení, což má za následek nízkou rychlost fotoelektrické konverze. Takže nyní pomocí LD (Laser Diode) čerpání lze dosáhnout vysoké účinnosti, vysokého výkonu a dlouhé životnosti. Nd:YAG laserové generátory lze použít při léčbě hemangiomů a inhibovat růst nádorů. Tepelné poškození tkáně je však neselektivní. Při koagulaci krevních cév nádoru nadbytečná energie poškodí také okolní normální tkáň a po operaci je snadné zanechat jizvy. Proto se Nd:YAG laser nejvíce používá v chirurgii, gynekologii, ORL a méně v dermatologii.
Yb: YAG, Ytterbium (Yb) je dopováno do YAG, který může vydávat světlo 1030nm. Vlnová délka čerpadla Yb:YAG je 941 nm, což je velmi blízko výstupní vlnové délce, která může dosáhnout kvantové účinnosti čerpadla 91.4 % a teplo generované čerpadlem je potlačeno na maximum. 10% (většina vstupní energie se přemění na výstupní energii, z níž se malá část stává teplem, což znamená, že účinnost přeměny je velmi vysoká), což je 25 % 30% Nd:YAG. Yb:YAG se stal jedním z nejatraktivnějších pevnolátkových laserových médií a LD-čerpané vysoce výkonné pevnolátkové laserové generátory Yb:YAG se staly novým výzkumným hotspotem a jsou považovány za jeden z hlavních směrů vývoje vysoce účinných, vysoce výkonných pevnolátkových laserových generátorů.
Kromě výše uvedených dvou může být YAG také dopován holmiem (Ho), erbiem (Er) atd. Ho:YAG vyrábí oku bezpečné 2097nm a 2091nm lasery, především pro optickou komunikaci, radarové a lékařské aplikace. Er:YAG produkuje světlo 2.9 μm a lidské tělo má vysokou míru absorpce této vlnové délky, což má velký aplikační potenciál pro laserovou chirurgii a cévní chirurgii.
Plynový laserový generátor
Plynové laserové generátory jsou laserové systémy, které používají plyn jako médium zisku, obecně čerpající plynové výboje. Mezi typy plynů patří atomární plyny (helium-neon, ionty vzácných plynů a páry kovů), molekulární plyny (dusík a oxid uhličitý), excimerové plyny a jsou poskytovány chemickými reakcemi.
HeNe laserový generátor (HeNe) používá jako médium zesílení směs 75 % nebo více He a 15 % nebo méně Ne. V závislosti na pracovním prostředí může vyzařovat zelenou (543.5nm), žlutou (594.1nm), oranžovou (612.0nm), červenou (632.8nm) a 3 typy blízkého infračerveného světla (1152nm, 1523nm a 3391nm), z toho červené světlo (632.8nm). Výstup paprsku HeNe laserového generátoru má gaussovské rozložení a kvalita paprsku je velmi stabilní. Přestože výkon není vysoký, má dobrý výkon v oblasti přesného měření.
Běžné laserové generátory na bázi vzácných plynů jsou argonové ionty (Ar+) a kryptonové ionty (Kr+). Jeho míra přeměny energie může dosáhnout až 0.6% a může nepřetržitě a stabilně dodávat výkon 30-50w po dlouhou dobu a jeho životnost přesahuje 1000h. Používá se hlavně v laserovém zobrazení, Ramanově spektroskopii, holografii, nelineární optice a dalších oblastech výzkumu, stejně jako lékařské diagnostice, separaci barev tisku, metrologickém zpracování materiálů a zpracování informací.
Laserové generátory kovových par berou jako příklad páry mědi. Měděný parní laserový generátor vydává hlavně zelené světlo (510.5 nm) a žluté světlo (578.2 nm), které mohou dosáhnout průměrného výkonu 100 W a špičkového výkonu 100 kW. Jeho hlavní aplikační oblastí je čerpací zdroj barevných laserových generátorů. Kromě toho jej lze použít i pro vysokorychlostní fotografování s bleskem, velkoplošnou projekci TV a zpracování materiálu.
Dusíkový molekulární laserový generátor využívá dusík jako médium pro zisk, které může vyzařovat ultrafialové světlo 337.1 nm, 357.7 nm a 315.9 nm a špičkový výkon může dosáhnout 45 kW. Může být použit jako čerpací zdroj světla pro generátory organických barviv a je také široce používán při laserové separaci izotopů, fluorescenční diagnostice, ultra-vysokorychlostní fotografii, detekci znečištění, lékařské a zdravotní péči a zemědělském chovu. Vzhledem k tomu, že jeho krátká vlnová délka je snadněji zaostřitelná pro získání malého bodu, může být také použit pro zpracování submikronových komponent.
Médium zisku používané v CO2 laserový generátor je oxid uhličitý smíchaný s heliem a dusíkem, který může vydávat vzdálené infračervené světlo se středem na vlnových délkách 9.6 μm a 10.6 μm. Generátor má vysokou míru přeměny energie, výstupní výkon se může pohybovat od několika wattů do desítek tisíc wattů a extrémně vysoká kvalita paprsku umožňuje CO2 laserový generátor široce používaný ve zpracování materiálů, vědeckém výzkumu, národní obraně a medicíně. Setkáte se s různými CO2 laserové řezačky si laserové rytce pro gravírování a řezání dřeva, MDF, překližky, látky, kůže, skla, plastu a akrylu ve vašem každodenním životě a podnikání.
Excimery jsou nestabilní molekuly, které jsou v rezonátoru naplněny směsí různých vzácných plynů a halogenových plynů, aby generovaly lasery různých vlnových délek. Buzení se obvykle dosahuje relativistickými elektronovými paprsky (energie větší než 200 keV) nebo příčnými rychlými pulzními výboji. Když jsou nestabilní molekulární vazby excimeru v excitovaném stavu rozbity a disociovány na atomy základního stavu, energie excitovaného stavu se uvolní ve formě laserového záření. Je široce používán v lékařství, optické komunikaci, polovodičovém displeji, dálkovém průzkumu Země, laserových zbraních a dalších oborech.
Chemický laserový generátor je speciální typ plynového laserového systému, který využívá energii uvolněnou chemickou reakcí k realizaci inverze počtu částic. Většina z nich pracuje v režimu molekulárního přechodu a typický rozsah vlnových délek je v blízké infračervené až střední infračervené spektrální oblasti. Nejvýznamnější jsou zařízení s fluorovodíkem (HF) a deuteriumfluoridem (DF). První může mít na výstupu více než 15 spektrálních čar mezi 2.6 a 3.3 mikrony; ta má asi 25 spektrálních čar mezi 3.5 a 4.2 mikrony. Obě zařízení jsou v současné době schopna výkonů několika megawattů. Díky své obrovské energii se obecně používá v jaderném inženýrství a vojenských oblastech.
Generátor barvivového laseru
Generátory barvivového laseru používají jako laserové médium organické barvivo, obvykle kapalný roztok. Generátory barvivového laseru lze obecně použít v širším rozsahu vlnových délek než plynná a pevnolátková laserová média. Díky široké šířce pásma jsou zvláště vhodné pro laditelné a pulzní laserové generátory. Vzhledem ke své krátké střední životnosti a omezenému výstupnímu výkonu je však v podstatě nahrazen pevnolátkovými lasery s laditelnou vlnovou délkou, jako je titanový safír.
Diodový laserový generátor
Diodový laserový generátor je laserový systém, který využívá jako pracovní látku polovodičové materiály. Existují 3 režimy buzení: elektrické vstřikování, buzení elektronovým paprskem a optické čerpání. Malé rozměry, nízká cena, vysoká účinnost, dlouhá životnost, nízká spotřeba energie, lze použít v elektronických informacích, laserovém tisku, laserovém ukazovátku, optické komunikaci, laserové televizi, malém laserovém projektoru, elektronických informacích, integrované optice a dalších oborech.
Laserový generátor vláken
Generátor vláknového laseru označuje typ laserového systému, který jako médium zisku používá skleněné vlákno dopované prvky vzácných zemin. Je široce používán v kovovém a nekovovém tisku, značení, gravírování, vrtání, řezání, čištění, svařování (pájení natvrdo, kalení vodou, opláštění a hloubkové svařování), armádě, obraně a bezpečnosti, lékařském vybavení, velké infrastruktuře a jako čerpadlo pro jiné laserové zdroje. Setkáte se vláknové laserové rytce pro personalizované texty a vzory, vláknové laserové řezačky pro kovovýrobu, vláknové laserové čisticí stroje pro odstraňování rzi, odlakování a odstraňování nátěrů, vláknové laserové svařovací stroje pro kovové spoje ve vašem životě.
Elektronový laserový generátor zdarma
Laserový generátor s volnými elektrony je nový typ vysoce výkonného zdroje koherentního záření, který se liší od tradičního laserového generátoru. Jako pracovní materiál nepotřebuje plyn, kapalinu ani pevnou látku, ale přímo přeměňuje kinetickou energii vysokoenergetického elektronového paprsku na energii koherentního záření. Proto lze také uvažovat, že pracovní látkou laserového generátoru s volnými elektrony jsou volné elektrony. Má řadu vynikajících vlastností, jako je vysoký výkon, vysoká účinnost, široký rozsah ladění vlnové délky a časová struktura ultrakrátkých pulzů. Kromě něj neexistuje žádný laserový generátor, který by tyto vlastnosti mohl mít zároveň. Má značné vyhlídky v oblasti fyzikálního výzkumu, laserových zbraní, laserové fúze, fotochemie a optických komunikací.
