Лазерныя тэхналогіі ўвайшлі ў жыццё людзей ва ўсіх аспектах, але існуе мноства тыпаў лазерных генератараў, кожны з якіх мае розныя даўжыні хваль і характарыстыкі, таму і сферы прымянення таксама розныя. Я лічу, што большасць людзей адчуваюць невялікі галаўны боль, сутыкнуўшыся са складанымі тыпамі лазерных генератараў. Таму ў гэтым артыкуле коратка апісаны і растлумачаны асаблівасці і практычнае прымяненне розных тыпаў лазерных генератараў па чарзе.
У залежнасці ад розных рабочых асяроддзяў лазерныя генератары падзяляюцца на 6 тыпаў: цвёрдацельныя, газавыя, на фарбавальніку, дыёдныя, валаконныя і лазерныя генератары на свабодных электронах. Сярод іх існуе мноства падпадзяленняў на цвёрдацельныя і газавыя лазеры. За выключэннем лазераў на свабодных электронах, асноўныя прынцыпы працы розных лазераў аднолькавыя, у тым ліку крыніца накачкі, аптычны рэзанатар і асяроддзе ўзмацнення.
Цвёрдацельны лазерны генератар
У цвёрдацельных лазерных генератарах святло звычайна выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы накачкі, а крышталь або шкло, якія могуць генераваць святло, называюцца рабочым матэрыялам. Матэрыял складаецца з матрыцы і актываванага іона. Матэрыял матрыцы забяспечвае падыходнае асяроддзе існавання і рабочую дзейнасць для актываванага іона, і актываваны іон завяршае працэс генерацыі лазера. Звычайна выкарыстоўванымі актыўнымі іёнамі з'яўляюцца ў асноўным іоны пераходных металаў, такія як хром, кобальт, нікель і іншыя іоны, а таксама іоны рэдказямельных металаў, такія як іоны неадыму. У якасці рэзанатарных люстэркаў выкарыстоўваюцца люстэркі, пакрытыя дыэлектрычнымі плёнкамі, адно з якіх з'яўляецца поўным люстэркам, а другое - паловай люстэрка. Пры выкарыстанні розных актываваных іёнаў, розных матэрыялаў матрыцы і розных даўжынь хваль узбуджэння святла будуць выпраменьвацца розныя лазеры з рознай даўжынёй хвалі.
Даўжыня хвалі лазернага выпраменьвання, якое выпраменьвае генератар рубінавага лазера, складае 694.3 нм, а каэфіцыент фотаэлектрычнага пераўтварэння нізкі — усяго 0.1%. Аднак тэрмін яго флуарэсцэнцыі доўгі, што спрыяе назапашванню энергіі, і ён можа выдаваць высокую пікавую магутнасць імпульсу. Лазер, які генеруецца рубінавым стрыжнем з таўшчынёй стрыжня пяра і доўгім пальцам, можа лёгка пранікаць у жалезны ліст. Да з'яўлення больш эфектыўных лазерных сістэм YAG, рубінавыя лазерныя сістэмы шырока выкарыстоўваліся ў... лазерная рэзка і свідраванне. Акрамя таго, святло з даўжынёй хвалі 694 нм лёгка паглынаецца меланінам, таму рубінавыя лазеры таксама выкарыстоўваюцца для лячэння пігментных паражэнняў (скурных плям).
Дзякуючы сваім крышталічным уласцівасцям, тытанава-сапфіравы лазерны генератар мае шырокі дыяпазон настройкі (г.зн. дыяпазон настройваных даўжынь хваль) і можа выпраменьваць святло з даўжынёй хвалі ад 660 нм да 1200 нм па меры неабходнасці. У спалучэнні з развіццём тэхналогіі падваення частаты (якая можа падвоіць частату святла, г.зн. скараціць даўжыню хвалі ўдвая), дыяпазон даўжынь хваль можа быць пашыраны да 330 нм-600 нм. Тытанава-сапфіравыя лазерныя сістэмы выкарыстоўваюцца ў фемто2-й спектраскапіі, даследаваннях нелінейнай оптыкі, генерацыі белага святла, генерацыі тэрагерцавых хваль і г.д., а таксама маюць прымяненне ў медыцынскай касметалогіі.
YAG — гэта скарачэнне ад ітрыевага алюмініевага граната, які ў цяперашні час з'яўляецца найлепшай лазернай крыштальнай матрыцай. Пасля легавання неадымам (Nd) ён можа выпрацоўваць 1064nm святла, а максімальная бесперапынная выходная магутнасць можа дасягаць 1000 Вт. Раней у якасці крыніцы накачкі выкарыстоўвалася лямпа-імпульс з інэртным газам, але метад накачкі з лямпай-імпульсам мае шырокі спектральны дыяпазон, дрэннае супадзенне са спектрам паглынання ўзмацняльнага асяроддзя і вялікую цеплавую нагрузку, што прыводзіць да нізкага каэфіцыента фотаэлектрычнага пераўтварэння. Такім чынам, цяпер з дапамогай накачкі LD (лазерны дыёд) можна дасягнуць высокай эфектыўнасці, высокай магутнасці і працяглага тэрміну службы. Лазерныя генератары Nd:YAG могуць выкарыстоўвацца для лячэння гемангіём і стрымліваць рост пухліны. Аднак тэрмічнае пашкоджанне тканіны неселектыўнае. Пры каагуляцыі крывяносных сасудаў пухліны лішак энергіі таксама пашкоджвае навакольныя нармальныя тканіны, і пасля аперацыі лёгка застаюцца шнары. Таму Nd:YAG лазер часцей за ўсё выкарыстоўваецца ў хірургіі, гінекалогіі, ЛОР-аддзяленні і радзей у дэрматалогіі.
Yb:YAG, у YAG дадаецца ітэрбій (Yb), які можа выпраменьваць святло 1030 нм. Даўжыня хвалі накачкі Yb:YAG складае 941 нм, што вельмі блізка да даўжыні хвалі выхаднога сігналу, што дазваляе дасягнуць квантавай эфектыўнасці накачкі 91.4%, а цяпло, якое выпрацоўваецца накачкай, падаўляецца ў межах... 10% (большая частка ўваходнай энергіі пераўтвараецца ў выходную энергію, невялікая частка якой ператвараецца ў цяпло, што азначае вельмі высокую эфектыўнасць пераўтварэння), што складае ад 25% да 30% Nd:YAG. Yb:YAG стаў адным з найбольш прывабных асяроддзяў для цвёрдацельных лазераў, а магутныя цвёрдацельныя лазерныя генератары Yb:YAG з накачкай LD сталі новай гарачай вобласцю даследаванняў і лічацца адным з асноўных напрамкаў распрацоўкі высокаэфектыўных магутных цвёрдацельных лазерных генератараў.
Акрамя двух вышэйзгаданых, YAG таксама можа быць легаваны гольміем (Ho), эрбіем (Er) і г.д. Ho:YAG вырабляе бяспечныя для вачэй лазеры з даўжынёй хвалі 2097 нм і 2091 нм, галоўным чынам для аптычнай сувязі, радараў і медыцынскіх прымяненняў. Er:YAG выпраменьвае святло з даўжынёй хвалі 2.9 мкм, і арганізм чалавека мае высокі каэфіцыент паглынання гэтай даўжыні хвалі, што мае вялікі патэнцыял прымянення ў лазернай хірургіі і сасудзістай хірургіі.
Генератар газавага лазера
Газавыя лазерныя генератары — гэта лазерныя сістэмы, якія выкарыстоўваюць газ у якасці ўзмацняльнага асяроддзя, звычайна перапампоўваючы газавыя разрады. Тыпы газаў ўключаюць атамныя газы (гелій-неон, іёны высакародных газаў і пары металаў), малекулярныя газы (азот і вуглякіслы газ), эксімерныя газы, а таксама ўтвараюцца ў выніку хімічных рэакцый.
Генератар HeNe лазера (HeNe) выкарыстоўвае сумесь з 75% або больш He і 15% або менш Ne ў якасці ўзмацняльнага асяроддзя. У залежнасці ад працоўнага асяроддзя ён можа выпраменьваць зялёны (543.5 нм), жоўты (594.1 нм), аранжавы (612.0 нм), чырвоны (632.8 нм) і 3 тыпы блізкага інфрачырвонага святла (1152 нм, 1523 нм і 3391 нм), з якіх найбольш часта выкарыстоўваецца чырвонае святло (632.8 нм). Выпраменьванне генератара HeNe лазера мае гаўсавае размеркаванне, а якасць прамяня вельмі стабільная. Нягледзячы на невысокую магутнасць, ён мае добрыя характарыстыкі ў галіне дакладных вымярэнняў.
Распаўсюджанымі генератарамі лазераў на аснове іёнаў аргону (Ar+) і крыптону (Kr+) з'яўляюцца іёны аргону (Ar+). Каэфіцыент пераўтварэння энергіі можа дасягаць 0.6%, і яны могуць бесперапынна і стабільна выдаваць магутнасць 30-50 Вт на працягу доўгага часу, а тэрмін службы перавышае 1000 гадзін. У асноўным выкарыстоўваюцца ў лазерных дысплеях, раманаўскай спектраскапіі, галаграфіі, нелінейнай оптыцы і іншых галінах даследаванняў, а таксама ў медыцынскай дыягностыцы, друкарскім каляровым падзеле, апрацоўцы матэрыялаў у метралогіі і апрацоўцы інфармацыі.
У якасці прыкладу генератараў лазераў на парах металу выкарыстоўваюцца пары медзі. Генератар лазераў на парах медзі ў асноўным выпраменьвае зялёнае святло (510.5 нм) і жоўтае святло (578.2 нм), сярэднюю магутнасць якога складае 100 Вт, а пікавую — 100 кВт. Асноўная вобласць яго прымянення — крыніца накачкі для лазерных генератараў на фарбавальніку. Акрамя таго, яго можна выкарыстоўваць для хуткаснай фатаграфіі са ўспышкай, праекцыі тэлевізараў на вялікі экран і апрацоўкі матэрыялаў.
Генератар малекулярнага лазера на азоте выкарыстоўвае азот у якасці ўзмацняльнага асяроддзя, якое можа выпраменьваць ультрафіялетавае выпраменьванне з даўжынямі хваль 337.1 нм, 357.7 нм і 315.9 нм, а пікавая магутнасць можа дасягаць 45 кВт. Ён можа выкарыстоўвацца ў якасці крыніцы святла накачкі для генератараў лазераў на арганічных фарбавальніках, а таксама шырока выкарыстоўваецца ў лазерным падзеле ізатопаў, флуарэсцэнтнай дыягностыцы, звышхуткаснай фатаграфіі, выяўленні забруджвання, медыцыне і ахове здароўя, а таксама ў сельскагаспадарчай жывёлагадоўлі. Паколькі яго кароткая даўжыня хвалі лягчэй факусавацца для атрымання невялікай плямы, яго таксама можна выкарыстоўваць для апрацоўкі субмікронных кампанентаў.
Асяроддзе ўзмацнення, якое выкарыстоўваецца ў CO2 Лазерны генератар складаецца з вуглякіслага газу, змяшанага з геліем і азотам, які можа выпраменьваць далёкае інфрачырвонае святло з даўжынямі хваль 9.6 мкм і 10.6 мкм. Генератар мае высокі каэфіцыент пераўтварэння энергіі, выходная магутнасць можа вагацца ад некалькіх ват да дзясяткаў тысяч ват, а надзвычай высокая якасць прамяня робіць... CO2 лазерны генератар шырока выкарыстоўваецца ў апрацоўцы матэрыялаў, навуковых даследаваннях, нацыянальнай абароне і медыцыне. Вы сустрэнеце розныя CO2 лазерныя разцы і лазерныя гравёры для гравіроўкі і рэзкі дрэва, МДФ, фанеры, тканіны, скуры, шкла, пластыка і акрылу ў вашым паўсядзённым жыцці і бізнэсе.
Эксімеры — гэта нестабільныя малекулы, якія запоўненыя сумесямі розных высакародных газаў і галагенавых газаў у рэзанатары для генерацыі лазераў рознай даўжыні хваль. Узбуджэнне звычайна дасягаецца рэлятывісцкімі электроннымі пучкамі (энергіяй больш за 200 кэВ) або папярочнымі хуткімі імпульснымі разрадамі. Калі нестабільныя малекулярныя сувязі ўзбуджанага стану эксімера разрываюцца і дысацыююцца на атамы асноўнага стану, энергія ўзбуджанага стану вызваляецца ў выглядзе лазернага выпраменьвання. Яно шырока выкарыстоўваецца ў медыцыне, аптычнай сувязі, паўправадніковых дысплеях, дыстанцыйным зандзіраванні, лазернай зброі і іншых галінах.
Хімічны лазерны генератар — гэта спецыяльны тып газавай лазернай сістэмы, якая выкарыстоўвае энергію, што вызваляецца ў выніку хімічнай рэакцыі, для рэалізацыі інверсіі колькасці часціц. Большасць з іх працуюць у рэжыме малекулярнага пераходу, а тыповы дыяпазон даўжынь хваль знаходзіцца ў спектральнай вобласці ад блізкага да сярэдняга інфрачырвонага. Найбольш важнымі з іх з'яўляюцца прылады на аснове фторыстага вадароду (HF) і фторыстага дэйтэрыя (DF). Першыя могуць выдаваць больш за 15 спектральных ліній паміж 2.6 і 3.3 мікронамі; другія маюць каля 25 спектральных ліній паміж 3.5 і 4.2 мікронамі. Абедзве прылады ў цяперашні час здольныя выпрацоўваць магутнасць у некалькі мегават. Дзякуючы сваёй велізарнай энергіі яны звычайна выкарыстоўваюцца ў ядзернай тэхніцы і ваеннай галіне.
Генератар фарбавальнага лазера
Генератары лазераў на фарбавальніку выкарыстоўваюць арганічны фарбавальнік у якасці лазернага асяроддзя, звычайна вадкі раствор. Генератары лазераў на фарбавальніку, як правіла, могуць выкарыстоўвацца ў больш шырокім дыяпазоне даўжынь хваль, чым газавыя і цвёрдацельныя лазеры. Іх шырокая паласа прапускання робіць іх асабліва прыдатнымі для настройваемых і імпульсных лазерных генератараў. Аднак з-за кароткага тэрміну службы асяроддзя і абмежаванай выходнай магутнасці яны ў асноўным замяняюцца на настройваныя па даўжыні хвалі цвёрдацельныя лазеры, такія як тытан-сапфіравыя.
Дыёдны лазерны генератар
Дыёдны лазерны генератар — гэта лазерная сістэма, якая выкарыстоўвае паўправадніковыя матэрыялы ў якасці рабочага рэчыва. Існуе 3 рэжымы ўзбуджэння: электрычная інжэкцыя, узбуджэнне электронным праменем і аптычная накачка. Малы памер, нізкая цана, высокая эфектыўнасць, працяглы тэрмін службы, нізкае энергаспажыванне, можа выкарыстоўвацца ў электроннай інфармацыі, лазерным друку, лазернай указцы, аптычнай сувязі, лазерным тэлебачанні, невялікіх лазерных праектарах, электроннай інфармацыі, інтэграванай оптыцы і іншых галінах.
Валаконны лазерны генератар
Валакновы лазерны генератар — гэта тып лазернай сістэмы, якая выкарыстоўвае шкловалакно, легаванае рэдказямельнымі элементамі, у якасці ўзмацняльнага асяроддзя. Ён шырока выкарыстоўваецца ў металічным і неметалічным друку, маркіроўцы, гравіроўцы, свідраванні, рэзцы, ачыстцы, зварцы (пайцы, загартоўцы ў вадзе, плакіроўцы і глыбокай зварцы), ваеннай справе, абароне і бяспецы, медыцынскім абсталяванні, буйной інфраструктуры і ў якасці помпы для іншых лазерных крыніц. Вы сустрэнецеся валаконныя лазерныя гравёры для персаналізаваных тэкстаў і ўзораў, валаконныя лазерныя разцы для вырабу металу, машыны для ачысткі валаконнага лазера для выдалення іржы, зняцця фарбы і выдалення пакрыцця, валаконна-лазерныя зварачныя апараты для металічных злучэнняў у вашым жыцці.
Генератар свабодных электронаў-лазераў
Лазерны генератар свабодных электронаў — гэта новы тып магутнай крыніцы кагерэнтнага выпраменьвання, які адрозніваецца ад традыцыйных лазерных генератараў. Ён не патрабуе газу, вадкасці або цвёрдага цела ў якасці рабочага рэчыва, а непасрэдна пераўтварае кінетычную энергію высокаэнергетычнага электроннага пучка ў энергію кагерэнтнага выпраменьвання. Такім чынам, можна таксама лічыць, што рабочым рэчывам лазернага генератара свабодных электронаў з'яўляюцца свабодныя электроны. Ён мае шэраг выдатных характарыстык, такіх як высокая магутнасць, высокая эфектыўнасць, шырокі дыяпазон перабудовы даўжыні хвалі і часовай структуры ультракароткіх імпульсаў. Акрамя яго, няма лазернага генератара, які мог бы адначасова валодаць гэтымі характарыстыкамі. Ён мае значныя перспектывы ў галіне фізічных даследаванняў, лазернай зброі, лазернага сінтэзу, фотахіміі і аптычнай сувязі.
