Os lasers operam através do princípio da "emissão estimulada", produzindo feixes poderosos de luz.
- Resonador óptico:Funciona como uma câmara de eco, refletindo a luz para trás e para frente para amplificá-la.
- Ganho Médio:O "combustível" que gera luz laser, que pode ser cristais, gases ou corantes.
- Fonte da bomba:Fornece energia para excitar o meio de ganho, como lâmpadas flash, descargas elétricas ou outros lasers.
Quando a fonte da bomba energiza o meio de ganho, a luz reflete dentro do ressonador óptico, amplificando a luz coerente com o mesmo comprimento de onda e fase.Um espelho no ressonador é parcialmente refletorEste processo cria luz com propriedades únicas: monocromaticidade, direcionalidade e coerência.
Os lasers podem ser categorizados por suasmédia de ganho(lasers de gás, estado sólido ou corante) ou pelos seuscomprimento de onda(ultravioleta, visível ou infravermelha).Esses sistemas de classificação se sobrepõem.Por exemplo, um laser de CO2 é simultaneamente um laser de gás e um laser de infravermelho.
Os lasers de diodo (lasers semicondutores) geram luz coerente através de materiais semicondutores.
O componente central é uma junção p-n onde elétrons e buracos se recombinam para emitir fótons.Os materiais comuns e os seus comprimentos de onda correspondentes incluem::
| Materiais | Comprimento de onda | Cores |
|---|---|---|
| Nitreto de gálio (GaN) | 405-450 nm | Azul |
| Fosfeto de índio e álcool de alumínio | 635-680 nm | Vermelho |
| Fibras dopadas com itérbio ou Nd:YAG | 1060-1080 nm | Infravermelho (invisível) |
Os lasers de CO2 emitem luz infravermelha a 10.600 nm, tornando-os entre os mais poderosos lasers de onda contínua.
O meio de ganho é uma mistura de gás de dióxido de carbono, nitrogênio e hélio.O ressonador óptico amplifica esta luz infravermelha num, feixe coerente.
Os lasers de fibra usam fibras ópticas dopadas como meio de ganho, oferecendo qualidade e eficiência de feixe superior.
Elementos de terras raras como o erbio ou o iterbio dopados na fibra são excitados por fontes de bomba de diodos. Os fótons resultantes amplificam à medida que viajam através da fibra, produzindo um feixe de laser coerente.A estrutura de guia de ondas da fibra garante excelente qualidade e estabilidade do feixe.
Qualquer laser que emita luz azul (normalmente 473 nm ou 445 nm) qualifica-se como laser azul, independentemente do meio de ganho.e processamento de materiais.
A maioria dos lasers azuis são sistemas de estado sólido (DPSS) bombeados por diodos que utilizam cristais dopados com íons neodímio.A sua potência de saída é tipicamente limitada a cerca de 50 mW nas configurações básicas.
Os lasers infravermelhos emitem luz além de 780 nm, classificados como infravermelho próximo (NIR), infravermelho médio (MIR) ou infravermelho distante (FIR).Sua invisibilidade aos olhos humanos os torna ideais para aplicações industriais de alta potência.
Ao contrário dos lasers visíveis, os lasers infravermelhos podem atingir seus comprimentos de onda através de transições de energia mais simples em moléculas ou materiais dopados.600 nm através de transições moleculares.
- Laser de diodos:Eficaz em plásticos, têxteis, metais finos (aço inoxidável, alumínio) e vários materiais orgânicos.
- Laser de CO2:Ideal para materiais não metálicos como acrílico, madeira, vidro e cerâmica.
- Laser de fibra:Excel com metais, incluindo aço, alumínio e ligas de níquel. Geralmente ineficaz em não-metálicos como madeira ou acrílico.
Principais diferenças operacionais entre os tipos de laser:
| Parâmetro | Laser de diodos | Laser de CO2 | Laser de fibras |
|---|---|---|---|
| Eficiência do conector de parede | 30 a 60% | 10 a 15% | 30 a 60% |
| Potência máxima | Até 8 kW (industrial) | 100 kW+ | 100 kW+ |
| Velocidade de corte (aço) | ~ 50 mm/s (6 mm de espessura) | ~ 83 mm/s (12 mm) | ~ 416 mm/s (25 mm+) |
| Manutenção | Mínimo (100.000 horas ou mais) | Alto (substituição de gás/espelho) | Moderado (substituição de fibras/diodos) |
Os lasers de diodos oferecem a menor manutenção com componentes de semicondutores com duração de até 100.000 horas.enquanto os lasers de fibra precisam de manutenção periódica de fibra e diodo apesar de seu design de estado sólido.
Em aplicações industriais, os lasers de fibra fornecem as maiores velocidades de corte para metais espessos, enquanto os lasers de CO2 permanecem eficazes para materiais não metálicos.aplicações de baixa potência em que a eficiência e a longevidade são prioridades.