บทนำและการประยุกต์ใช้เลเซอร์กระแสหลักที่ใช้กันทั่วไป

นับตั้งแต่การถือกำเนิดของเลเซอร์ทับทิมพัลซิ่งโซลิดสเตตตัวแรก การพัฒนาของเลเซอร์ก็ดำเนินไปอย่างรวดเร็ว และเลเซอร์ที่มีวัสดุการทำงานและโหมดการทำงานที่หลากหลายก็ยังคงปรากฏอย่างต่อเนื่อง เลเซอร์แบ่งออกเป็นหลายประเภท:

1. ตามโหมดการทำงาน แบ่งออกเป็น: เลเซอร์ต่อเนื่อง เลเซอร์กึ่งต่อเนื่อง เลเซอร์พัลส์ และเลเซอร์พัลส์สั้นพิเศษ

เอาต์พุตเลเซอร์ของเลเซอร์ต่อเนื่องมีความต่อเนื่องและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการตัดด้วยเลเซอร์ การเชื่อม และการหุ้ม ลักษณะการทำงานของมันคือการกระตุ้นของสารทำงานและเอาต์พุตเลเซอร์ที่เกี่ยวข้องสามารถดำเนินต่อไปได้อย่างต่อเนื่องในระยะเวลานาน เนื่องจากอุปกรณ์มักหลีกเลี่ยงผลกระทบจากความร้อนสูงเกินไประหว่างการทำงานอย่างต่อเนื่อง ในกรณีส่วนใหญ่จึงต้องมีมาตรการระบายความร้อนที่เหมาะสม

พัลส์เลเซอร์มีกำลังเอาท์พุตขนาดใหญ่ และเหมาะสำหรับการมาร์กด้วยเลเซอร์ การตัด การกำหนดระยะ ฯลฯ ลักษณะการทำงานของเลเซอร์พัลส์คือการบีบอัดพลังงานเลเซอร์เพื่อสร้างความกว้างของพัลส์ที่แคบ กำลังไฟฟ้าสูงสุด และความถี่การทำซ้ำที่ปรับได้ ซึ่งส่วนใหญ่รวมถึงการสลับ Q การล็อคโหมด , MOPA และวิธีการอื่นๆ เนื่องจากผลกระทบจากความร้อนสูงเกินไปและผลกระทบจากการบิ่นของขอบสามารถลดลงได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการเพิ่มพลังงานพัลส์เดี่ยว ส่วนใหญ่จะใช้ในการประมวลผลแบบละเอียด

2. ตามวงการทำงาน แบ่งออกเป็น: เลเซอร์อินฟราเรด เลเซอร์แสงที่มองเห็นได้ เลเซอร์อัลตราไวโอเลต และเลเซอร์เอ็กซ์เรย์

เลเซอร์อินฟราเรดกลางส่วนใหญ่เป็นเลเซอร์ CO2 ขนาด 10.6um ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย

เลเซอร์อินฟราเรดใกล้มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย รวมถึง 1,064~1,070 นาโนเมตรในด้านการประมวลผลด้วยเลเซอร์ 1310 และ 1550nm ในด้านการสื่อสารด้วยใยแก้วนำแสง 905nm และ 1550nm ในด้านของ lidar ตั้งแต่; 878nm, 976nm ฯลฯ สำหรับการใช้งานปั๊ม

เนื่องจากเลเซอร์แสงที่มองเห็นได้สามารถเพิ่มความถี่เป็นสองเท่าของ 532 นาโนเมตรถึง 1,064 นาโนเมตร เลเซอร์สีเขียว 532 นาโนเมตรจึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการประมวลผลด้วยเลเซอร์ การใช้งานทางการแพทย์ ฯลฯ

เลเซอร์ยูวีส่วนใหญ่ประกอบด้วย 355 นาโนเมตรและ 266 นาโนเมตร เนื่องจาก UV เป็นแหล่งกำเนิดแสงเย็น ส่วนใหญ่จะใช้ในการประมวลผลแบบละเอียด การมาร์ก การใช้งานทางการแพทย์ ฯลฯ

3. ตามสื่อการทำงาน แบ่งออกเป็น: เลเซอร์แก๊ส ไฟเบอร์เลเซอร์ เลเซอร์แข็ง เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ ฯลฯ

3.1 เลเซอร์แก๊สส่วนใหญ่ประกอบด้วยเลเซอร์ CO2 ซึ่งใช้โมเลกุลของก๊าซ CO2 เป็นตัวกลางในการทำงาน ความยาวคลื่นเลเซอร์คือ 10.6um และ 9.6um

คุณสมบัติหลัก:

- ความยาวคลื่นเหมาะสำหรับการแปรรูปวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ ซึ่งทำให้เกิดปัญหาที่เลเซอร์ไฟเบอร์ไม่สามารถประมวลผลอโลหะได้ และมีลักษณะที่แตกต่างจากการประมวลผลด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์ในสาขาการประมวลผล

- ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานอยู่ที่ประมาณ 20% ~ 25% กำลังขับต่อเนื่องสามารถเข้าถึงระดับ 104W พลังงานเอาต์พุตพัลส์สามารถเข้าถึงระดับ 104 จูล และความกว้างพัลส์สามารถบีบอัดได้ถึงระดับนาโนวินาที

- ความยาวคลื่นอยู่ในหน้าต่างชั้นบรรยากาศพอดี และเป็นอันตรายต่อดวงตามนุษย์น้อยกว่าแสงที่มองเห็นและแสงอินฟราเรด 1,064 นาโนเมตร

มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการประมวลผลวัสดุ การสื่อสาร เรดาร์ ปฏิกิริยาเคมีเหนี่ยวนำ การผ่าตัด ฯลฯ นอกจากนี้ยังสามารถใช้สำหรับปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ที่เกิดจากเลเซอร์ การแยกไอโซโทปด้วยเลเซอร์ และอาวุธเลเซอร์

3.2 ไฟเบอร์เลเซอร์หมายถึงเลเซอร์ที่ใช้ใยแก้วเจือด้วยธาตุแรร์เอิร์ธเป็นสื่อกลางที่ได้รับ เนื่องจากประสิทธิภาพและคุณลักษณะที่เหนือกว่า ตลอดจนความได้เปรียบด้านต้นทุน จึงทำให้เลเซอร์ชนิดนี้เป็นเลเซอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน คุณสมบัติมีดังนี้:

(1) คุณภาพลำแสงที่ดี: โครงสร้างท่อนำคลื่นของใยแก้วนำแสงกำหนดว่าไฟเบอร์เลเซอร์นั้นง่ายต่อการรับเอาต์พุตโหมดขวางเดี่ยว ได้รับผลกระทบเล็กน้อยจากปัจจัยภายนอก และสามารถให้เอาต์พุตเลเซอร์ความสว่างสูง

(2) เลเซอร์เอาท์พุตมีความยาวคลื่นหลายระดับ เนื่องจากระดับพลังงานของไอออนของธาตุหายากนั้นอุดมสมบูรณ์มาก และมีไอออนของธาตุหายากหลายประเภท

(3) ประสิทธิภาพสูง: ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าแสงโดยรวมของเลเซอร์ไฟเบอร์เชิงพาณิชย์สูงถึง 25% ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการลดต้นทุน การอนุรักษ์พลังงาน และการปกป้องสิ่งแวดล้อม

(4) ลักษณะการกระจายความร้อนที่ดี: วัสดุแก้วมีอัตราส่วนปริมาตรต่อพื้นที่ต่ำมาก การกระจายความร้อนอย่างรวดเร็ว และการสูญเสียต่ำ ดังนั้นประสิทธิภาพการแปลงจึงสูงและเกณฑ์เลเซอร์ต่ำ

(5) โครงสร้างที่กะทัดรัดและความน่าเชื่อถือสูง: ไม่มีเลนส์ออพติคัลในช่องเรโซแนนซ์ ซึ่งมีข้อดีคือ ไม่ต้องปรับ ไม่ต้องบำรุงรักษา และมีความเสถียรสูง ซึ่งไม่มีที่เปรียบกับเลเซอร์แบบดั้งเดิม

(6) ต้นทุนการผลิตต่ำ: ใยแก้วนำแสงมีต้นทุนการผลิตต่ำ เทคโนโลยีที่เติบโตเต็มที่ และข้อดีของการย่อขนาดและการเพิ่มความเข้มข้นที่เกิดจากความสามารถในการม้วนตัวของใยแก้วนำแสง

ไฟเบอร์เลเซอร์มีการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการสื่อสารด้วยไฟเบอร์เลเซอร์ การสื่อสารทางไกลด้วยเลเซอร์ในอวกาศ การต่อเรือทางอุตสาหกรรม การผลิตรถยนต์ การแกะสลักด้วยเลเซอร์ การมาร์กด้วยเลเซอร์ การตัดด้วยเลเซอร์ ลูกกลิ้งพิมพ์ การป้องกันทางการทหารและการรักษาความปลอดภัย อุปกรณ์และอุปกรณ์ทางการแพทย์ และ เป็นปั๊มสำหรับเลเซอร์อื่นๆ Pu Yuan และอื่นๆ

3.3 สื่อการทำงานของเลเซอร์โซลิดสเตตเป็นฉนวนคริสตัล ซึ่งโดยทั่วไปจะถูกกระตุ้นโดยการปั๊มด้วยแสง

เลเซอร์ YAG (คริสตัลโกเมนอลูมิเนียมอิตเทรียมเจือด้วยรูบิเดียม) มักใช้หลอดคริปทอนหรือซีนอนเป็นโคมไฟปั๊ม เนื่องจากแสงปั๊มจะดูดซับความยาวคลื่นเฉพาะเพียงไม่กี่จุดโดยไอออน Nd และพลังงานส่วนใหญ่จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน โดยปกติแล้วประสิทธิภาพการแปลงพลังงานเลเซอร์ YAG จะต่ำ และความเร็วในการประมวลผลที่ช้าจะค่อยๆถูกแทนที่ด้วยเลเซอร์ไฟเบอร์

เลเซอร์โซลิดสเตตใหม่ เลเซอร์โซลิดสเตตกำลังสูงที่ปั๊มด้วยเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ ข้อดีคือประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูง ประสิทธิภาพการแปลงด้วยแสงไฟฟ้าของเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์สูงถึง 50% ซึ่งสูงกว่าหลอดไฟแฟลชมาก ความร้อนปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานมีขนาดเล็ก อุณหภูมิปานกลางมีเสถียรภาพ และสามารถทำให้เป็นอุปกรณ์ที่หายขาดได้อย่างสมบูรณ์ ขจัดอิทธิพลของการสั่นสะเทือน และเส้นสเปกตรัมเลเซอร์แคบลง เสถียรภาพความถี่ดีขึ้น อายุการใช้งานยาวนาน โครงสร้างเรียบง่าย และใช้งานง่าย

ข้อได้เปรียบหลักของเลเซอร์โซลิดสเตตเหนือไฟเบอร์เลเซอร์คือพลังงานพัลส์เดี่ยวจะสูงกว่า เมื่อรวมกับการปรับพัลส์สั้นพิเศษ พลังงานต่อเนื่องโดยทั่วไปจะสูงกว่า 100W และพลังงานพัลส์สูงสุดสามารถสูงถึง 109W อย่างไรก็ตามเนื่องจากการเตรียมสื่อการทำงานมีความซับซ้อนมากขึ้นจึงมีราคาแพงกว่า

ความยาวคลื่นหลักคือ 1,064 นาโนเมตรใกล้อินฟราเรด และเลเซอร์โซลิดสเตต 532 นาโนเมตร เลเซอร์โซลิดสเตต 355 นาโนเมตร และเลเซอร์โซลิดสเตต 266 นาโนเมตรสามารถได้รับผ่านการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่า

3.4 เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์หรือที่เรียกว่าเลเซอร์ไดโอดเป็นเลเซอร์ที่ใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์เป็นสารทำงาน

เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ไม่ต้องการโครงสร้างช่องเรโซแนนซ์ที่ซับซ้อน ดังนั้นจึงเหมาะมากสำหรับการย่อขนาดและน้ำหนักเบา อัตราการแปลงตาแมวสูง อายุการใช้งานยาวนาน และไม่ต้องการการบำรุงรักษา มักใช้ในการชี้ การแสดง การสื่อสาร และโอกาสอื่นๆ นอกจากนี้ยังมักใช้เป็นแหล่งปั๊มสำหรับเลเซอร์อื่นๆ อีกด้วย เลเซอร์ไดโอด ตัวชี้เลเซอร์ และผลิตภัณฑ์ที่คุ้นเคยอื่นๆ ล้วนใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์