System laserowy składa się z trzech podstawowych elementów:
- Optyczny rezonator:Funkcjonuje jak komora echa, odbija światło do przodu i do tyłu, aby je wzmacniać.
- Średnie zyski:Paliwo, które wytwarza światło laserowe, które może być kryształem, gazem lub barwnikiem.
- Źródło pompy:Zapewnia energię do pobudzenia nośnika wzmocnienia, takiego jak lampy błyskowe, wyładowania elektryczne lub inne lasery.
Kiedy źródło pompy pobudza medium wzmocnienia, światło odbija się w rezonatorze optycznym, wzmacniając spójne światło o identycznej długości fali i fazie.Jedno lustro w rezonatorze jest częściowo odbijająceProces ten tworzy światło o unikalnych właściwościach: monochromatyczności, kierunkowości i spójności.
Lasery mogą być klasyfikowane według ichŚrednie zyski(lasery gazowe, stałe lub barwnikowe) lub przez ichdługość fali(ultrafioletowy, widoczny lub podczerwony).Postawy te pokrywają się.
Diody laserowe (lasery półprzewodnikowe) wytwarzają spójne światło poprzez materiały półprzewodnikowe.
Głównym składnikiem jest połączenie p-n, w którym elektrony i otwory łączą się w celu emitowania fotonów.Do najczęstszych materiałów i ich odpowiednich długości fal należą::
| Materiał | Długość fali | Kolor |
|---|---|---|
| Azotany galliowe (GaN) | 405-450 nm | Niebieski |
| Fosforek indyjowy galliowy aluminium (AlGaInP) | 635-680 nm | Czerwony |
| Włókno dopywane ytterbium lub Nd:YAG | 1060-1080 nm | Podczerwień (niewidoczny) |
Lasery CO2 emitują światło podczerwone w promieniu 10 600 nm, co czyni je jednym z najpotężniejszych laserów fal ciągłych.
Środek uzyskiwania jest mieszaniną gazową dwutlenku węgla, azotu i helu.Rezonator optyczny wzmacnia to światło podczerwone w skupiony, wiązka spójna.
Lasery światłowodowe wykorzystują dopyzowane włókna optyczne jako medium wzmacniania, oferując lepszą jakość i wydajność wiązki.
Elementy ziem rzadkich, takie jak erbium lub ytterbium dopingowane do włókna, są pobudzane przez źródła pompy diodowej.Struktura kierująca falą włókna zapewnia doskonałą jakość i stabilność wiązki.
Każdy laser emitujący niebieskie światło (zwykle 473 nm lub 445 nm) kwalifikuje się jako niebieski laser, niezależnie od medium wzmocnienia.i przetwarzania materiałów.
Większość niebieskich laserów to systemy diodowo pompowane w stanie stałym (DPSS) wykorzystujące kryształy dopywane jonami neodymu.ich moc wyjściowa jest zazwyczaj ograniczona do około 50 mW w podstawowych konfiguracjach.
Infraczerwone lasery emitują światło powyżej 780 nm, klasyfikowane jako bliskie podczerwień (NIR), średnie podczerwień (MIR) lub dalekie podczerwień (FIR).Ich niewidzialność dla ludzkiego oka czyni je idealnymi do zastosowań przemysłowych o dużej mocy.
W przeciwieństwie do laserów widzialnych, lasery podczerwone mogą osiągać swoje długości fal poprzez prostsze przejścia energetyczne w cząsteczkach lub materiałach dopingowanych.600 nm poprzez przejścia molekularne.
- Lasery diodowe:Efektywne na tworzywach sztucznych, tekstyliach, cienkich metałach (stal nierdzewna, aluminium) i różnych materiałach organicznych.
- Lasery CO2:Idealny do użytku w materiałach niemetalicznych, takich jak akrylu, drewna, szkła i ceramiki.
- Lasery włókniste:Excel z metalami, w tym ze stali, aluminium i stopami niklu.
Kluczowe różnice operacyjne między typami laserów:
| Parametry | Lasery diodowe | Lasery CO2 | Lasery włókniste |
|---|---|---|---|
| Wydajność wtyczki ściennej | 30-60% | 10-15% | 30-60% |
| Maksymalna moc | Do 8 kW (przemysłowe) | 100 kW+ | 100 kW+ |
| Prędkość cięcia (stała) | ~50 mm/s (6 mm grubości) | ~83 mm/s (12 mm) | ~416 mm/s (25 mm+) |
| Utrzymanie | Minimalna (100 000+ godzin) | Wysoki (zasada gazu/lustra) | Umiarkowane (zastąpienie włókna/diody) |
Laser diodowy zapewnia najniższą konserwację, a jego komponenty półprzewodnikowe utrzymują się do 100 000 godzin.podczas gdy lasery światłowodowe wymagają okresowej konserwacji światła i diody pomimo ich konstrukcji w stanie stałym.
W zastosowaniach przemysłowych lasery światłowodowe zapewniają najwyższe prędkości cięcia dla grubiutkich metali, podczas gdy lasery CO2 pozostają skuteczne dla materiałów niemetalicznych.zastosowania o niskiej mocy, w których priorytetem jest wydajność i długowieczność.