Les lasers fonctionnent selon le principe de "l'émission stimulée", produisant de puissants faisceaux de lumière.
- Résonateur optique:Il fonctionne comme une chambre d'écho, reflétant la lumière pour l'amplifier.
- Gain moyen:Le "carburant" qui génère la lumière laser, qui peut être des cristaux, des gaz ou des colorants.
- Source de la pompe:Fournit de l'énergie pour exciter le support de gain, tel que des lampes flash, des décharges électriques ou d'autres lasers.
Lorsque la source de pompe alimente le milieu de gain, la lumière se reflète dans le résonateur optique, amplifiant la lumière cohérente avec une longueur d'onde et une phase identiques.Un miroir du résonateur est partiellement réfléchissant.Ce processus crée une lumière aux propriétés uniques: monochromaticité, directionnalité et cohérence.
Les lasers peuvent être classés par leurmoyenne de gain(gaz, à l'état solide ou laser de teinture) ou par leurlongueur d'ondeCes systèmes de classification se chevauchent.Par exemple, un laser à CO2 est à la fois un laser à gaz et un laser à infrarouge.
Les lasers à diodes (lasers à semi-conducteurs) génèrent de la lumière cohérente à travers des matériaux semi-conducteurs.
Le composant principal est une jonction p-n où les électrons et les trous se recombinent pour émettre des photons.Les matériaux courants et leurs longueurs d'onde correspondantes comprennent::
| Matériel | Longueur d'onde | Couleur |
|---|---|---|
| Nitrure de gallium (GaN) | 40 à 450 nm | Le bleu |
| Phosphure d'aluminium gallium indium (AlGaInP) | 635 à 680 nm | Le rouge |
| Fibre dopée à l'yttéribium ou Nd:YAG | 1060 à 1080 nm | Infrarouge (invisible) |
Les lasers à CO2 émettent de la lumière infrarouge à 10 600 nm, ce qui en fait l'un des lasers à ondes continues les plus puissants.
Le milieu de gain est un mélange gazeux de dioxyde de carbone, d'azote et d'hélium.Le résonateur optique amplifie cette lumière infrarouge en un, le faisceau cohérent.
Les lasers à fibres utilisent des fibres optiques dopées comme moyen de gain, offrant une qualité et une efficacité supérieures du faisceau.
Des éléments de terres rares comme l'erbium ou l'ytterbium dopés dans la fibre sont excités par des sources de pompe à diodes.La structure de guidage d'onde de la fibre assure une excellente qualité et stabilité du faisceau.
Tout laser émettant de la lumière bleue (généralement 473 nm ou 445 nm) est considéré comme un laser bleu, quel que soit le milieu de gain.et traitement des matériaux.
La plupart des lasers bleus sont des systèmes d'état solide (DPSS) à diode pompée utilisant des cristaux dopés d'ions néodyme.leur puissance de sortie est généralement limitée à environ 50 mW dans les configurations de base.
Les lasers infrarouges émettent de la lumière au-delà de 780 nm, classés en infrarouge proche (NIR), infrarouge moyen (MIR) ou infrarouge lointain (FIR).Leur invisibilité pour les yeux humains les rend idéales pour des applications industrielles à haute puissance.
Contrairement aux lasers visibles, les lasers infrarouges peuvent atteindre leurs longueurs d'onde par des transitions d'énergie plus simples dans les molécules ou les matériaux dopés.600 nm à travers des transitions moléculaires.
- Les lasers à diodes:Les diodes bleues (445 nm) fonctionnent bien sur le bois, le cuir et l'acrylique opaque.
- Les lasers au CO2:Idéal pour les matériaux non métalliques tels que l'acrylique, le bois, le verre et la céramique.
- Les lasers à fibres:L'excellence avec les métaux, y compris l'acier, l'aluminium et les alliages de nickel.
Principales différences opérationnelles entre les types de laser:
| Paramètre | Laser à diodes | Lasers au CO2 | Laser à fibres |
|---|---|---|---|
| Efficacité de la prise murale | 30 à 60% | 10 à 15% | 30 à 60% |
| Puissance maximale | Jusqu'à 8 kW (industrie) | 100 kW et plus | 100 kW et plus |
| Vitesse de coupe (acier) | ~ 50 mm/s (6 mm d'épaisseur) | - 83 mm/s (12 mm) | La température maximale de l'air doit être comprise entre 4 et 10 °C. |
| Maintenance | Minimum (100 000 heures et plus) | Élevé (gas/remplacement du miroir) | Modérée (remplacement de fibre/diode) |
Les lasers à diodes offrent la maintenance la plus faible avec des composants semi-conducteurs d'une durée allant jusqu'à 100 000 heures.alors que les lasers à fibre nécessitent une maintenance périodique de la fibre et de la diode malgré leur conception à l'état solide.
Dans les applications industrielles, les lasers à fibres fournissent les vitesses de coupe les plus élevées pour les métaux épais, tandis que les lasers à CO2 restent efficaces pour les matériaux non métalliques.applications à faible consommation où l'efficacité et la longévité sont prioritaires.