Máy laser hoạt động theo nguyên tắc phát xạ kích thích, tạo ra các chùm ánh sáng mạnh.
- Động cơ cộng hưởng quang:Chức năng giống như một buồng vang vọng, phản xạ ánh sáng qua lại để khuếch đại nó.
- Tăng trung bình:"Năng lượng" tạo ra ánh sáng laser, có thể là tinh thể, khí hoặc thuốc nhuộm.
- Nguồn bơm:Cung cấp năng lượng để kích thích môi trường tăng, chẳng hạn như đèn flash, điện giải điện hoặc laser khác.
Khi nguồn bơm tạo năng lượng cho môi trường tăng, ánh sáng phản xạ bên trong cộng hưởng quang học, khuếch đại ánh sáng gắn kết với bước sóng và pha giống nhau.Một tấm gương trong bộ cộng hưởng có phản xạ một phần, cho phép ánh sáng khuếch đại thoát ra dưới dạng chùm tia laser. Quá trình này tạo ra ánh sáng với các tính chất độc đáo: đơn sắc, hướng và tính nhất quán.
Laser có thể được phân loại theotrung bình tăng(khí, trạng thái rắn, hoặc laser nhuộm) hoặc bởibước sóngCác hệ thống phân loại này chồng chéo. ví dụ, laser CO2 là cả laser khí và laser hồng ngoại.
Diode laser (laser bán dẫn) tạo ra ánh sáng gắn kết thông qua các vật liệu bán dẫn.
Các thành phần cốt lõi là một kết nối p-n nơi các electron và lỗ kết hợp lại để phát ra photon.Các vật liệu phổ biến và bước sóng tương ứng của chúng bao gồm::
| Vật liệu | Độ dài sóng | Màu sắc |
|---|---|---|
| Gallium Nitride (GaN) | 405-450 nm | Màu xanh |
| Aluminium Gallium Indium Phosphide (AlGaInP) | 635-680 nm | Màu đỏ |
| Sợi doped Ytterbium hoặc Nd:YAG | 1060-1080 nm | Hồng ngoại (không nhìn thấy) |
Các laser CO2 phát ra ánh sáng hồng ngoại ở tần số 10.600 nm, khiến chúng trở thành một trong những laser sóng liên tục mạnh nhất.
Phân chất tăng là một hỗn hợp khí carbon dioxide, nitơ và helium. Khi bị kích thích bởi điện thải, các phân tử CO2 giải phóng photon kích thích phát xạ thêm.Máy cộng hưởng quang học khuếch đại ánh sáng hồng ngoại này thành một, chùm tia liên kết.
Laser sợi sử dụng sợi quang doped như phương tiện tăng của chúng, cung cấp chất lượng và hiệu quả chùm tia vượt trội.
Các nguyên tố đất hiếm như erbium hoặc ytterbium doped vào sợi được kích thích bởi các nguồn bơm diode.Cấu trúc dẫn sóng của sợi đảm bảo chất lượng và độ ổn định chùm tia tuyệt vời.
Bất kỳ laser phát ra ánh sáng xanh (thường là 473 nm hoặc 445 nm) đều đủ điều kiện là laser xanh, bất kể phương tiện tăng.và chế biến vật liệu.
Hầu hết các tia laser xanh là hệ thống trạng thái rắn (DPSS) bơm diode sử dụng tinh thể được bổ sung ion neodymium.công suất đầu ra của chúng thường giới hạn khoảng 50 mW trong cấu hình cơ bản.
Laser hồng ngoại phát ra ánh sáng vượt quá 780 nm, được phân loại là hồng ngoại gần (NIR), hồng ngoại trung (MIR) hoặc hồng ngoại xa (FIR).Tính vô hình của chúng đối với con người làm cho chúng lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp công suất cao.
Không giống như laser nhìn thấy được, laser hồng ngoại có thể đạt được bước sóng của mình thông qua các chuyển đổi năng lượng đơn giản hơn trong các phân tử hoặc vật liệu doped.600 nm thông qua các chuyển tiếp phân tử.
- Máy laser diode:Hiệu quả đối với nhựa, dệt may, kim loại mỏng (thép không gỉ, nhôm) và các vật liệu hữu cơ khác nhau.
- Máy laser CO2:Lý tưởng cho các vật liệu phi kim loại như acrylic, gỗ, thủy tinh và gốm sứ.
- Laser sợi:Excel với kim loại bao gồm thép, nhôm và hợp kim niken.
Sự khác biệt hoạt động chính giữa các loại laser:
| Parameter | Máy laser diode | Laser CO2 | Máy laser sợi |
|---|---|---|---|
| Hiệu quả cắm tường | 30-60% | 10-15% | 30-60% |
| Sức mạnh tối đa | Tối đa 8kW (công nghiệp) | 100kW+ | 100kW+ |
| Tốc độ cắt (thép) | ~50 mm/s (6mm dày) | ~83 mm/s (12mm) | ~416 mm/s (25mm+) |
| Bảo trì | Ít nhất (100.000 + giờ) | Cao (thay đổi khí / gương) | Trung bình (thay đổi sợi/diode) |
Laser diode cung cấp bảo trì thấp nhất với các thành phần bán dẫn kéo dài đến 100.000 giờ.trong khi laser sợi cần bảo trì sợi và diode định kỳ mặc dù thiết kế trạng thái rắn của chúng.
Trong các ứng dụng công nghiệp, laser sợi cung cấp tốc độ cắt cao nhất cho kim loại dày, trong khi laser CO2 vẫn hiệu quả cho vật liệu phi kim loại.Ứng dụng năng lượng thấp nơi hiệu quả và tuổi thọ là ưu tiên.