Lasertekniikka on tullut ihmisten elämään kaikilta osin, mutta lasergeneraattoreita on monenlaisia, jokaisella on eri aallonpituudet ja erilaiset ominaisuudet, joten myös käyttöalueet ovat erilaisia. Uskon, että useimmat ihmiset tuntevat hieman päänsärkyä monimutkaisten lasergeneraattoreiden edessä. Siksi tämä artikkeli tiivistää ja selittää erilaisten lasergeneraattoreiden ominaisuudet ja käytännön sovellukset yksitellen.
Eri työvälineiden mukaan lasergeneraattorit jaetaan kuuteen tyyppiin: solid-state-, kaasu-, väri-, diodi-, kuitu- ja vapaiden elektronien lasergeneraattorit. Niiden joukossa on monia puolijohdelasereita ja kaasulasereita. Vapaiden elektronien lasereita lukuun ottamatta eri lasereiden perustoimintaperiaatteet ovat samat, mukaan lukien pumppulähde, optinen resonaattori ja vahvistusväliaine.
Solid State Laser -generaattori
Solid-state lasergeneraattoreissa valoa käytetään yleensä pumppulähteenä, ja valoa tuottavaa kristallia tai lasia kutsutaan työmateriaaliksi. Materiaali koostuu matriisista ja aktivoidusta ionista. Matriisimateriaali tarjoaa sopivan olemassaolo- ja työympäristön aktivoidulle ionille, ja aktivoitu ioni päättää lasergenerointiprosessin. Yleisesti käytetyt aktiiviset ionit ovat pääasiassa siirtymämetalli-ioneja, kuten kromi-, koboltti-, nikkeli- ja muita ioneja sekä harvinaisia maametalli-ioneja, kuten neodyymi-ioneja. Resonaattoripeileinä käytetään dielektrisillä kalvoilla päällystettyjä peilejä, joista toinen on täyspeili ja toinen puolipeili. Käytettäessä erilaisia aktivoituja ioneja, erilaisia matriisimateriaaleja ja valovirityksen eri aallonpituuksia säteilee erilaisia lasereita eri aallonpituuksilla.
Rubiinilasergeneraattorin laseraallonpituus on 694.3 nm, ja valosähköinen muunnosnopeus on alhainen, vain 0.1%. Sen fluoresoivan käyttöikä on kuitenkin pitkä, mikä edistää energian varastointia, ja se voi tuottaa korkean pulssin huipputehoa. Kynäytimen paksuisen rubiinitangon ja pitkän sormen muodostama laser voi tunkeutua helposti rautalevyn läpi. Ennen tehokkaampien YAG-laserjärjestelmien syntyä rubiinilaserjärjestelmiä käytettiin laajalti laserleikkaus ja poraus. Lisäksi 694nm valo imeytyy helposti melaniiniin, joten rubiinilasereita käytetään myös pigmentoituneiden leesioiden (ihopisteiden) hoidossa.
Kiteen ominaisuuksiensa ansiosta Ti:Sapphire -lasergeneraattorilla on laaja viritettävä alue (eli viritettävä aallonpituusalue), ja se voi tuottaa valoa aallonpituudella 660nm-1200nm tarpeen mukaan. Yhdessä taajuuden kaksinkertaistamistekniikan kypsyyden kanssa (joka voi kaksinkertaistaa valon taajuuden eli puolittaa aallonpituuden) aallonpituusalue voidaan laajentaa 330 nm-600 nm:iin. Titaanisafiirilaserjärjestelmiä käytetään femto2nd-spektroskopiassa, epälineaarisen optiikan tutkimuksessa, valkoisen valon tuottamisessa, terahertsiaaltojen generoinnissa jne., ja niillä on myös sovelluksia lääketieteellisessä kauneudessa.
YAG on lyhenne sanoista yttrium-alumiinigranaatti, joka on tällä hetkellä erinomaisin laserkidematriisi. Kun se on seostettu neodyymillä (Nd), se voi tuottaa tulosta 1064nm valoa, ja suurin jatkuva lähtöteho voi olla 1000 wattia. Alkuaikoina pumppulähteenä käytettiin inerttikaasusalamalamppua, mutta salamalamppupumppumenetelmällä on laaja spektrialue, huono yhteensopivuus vahvistusväliaineen absorptiospektrin kanssa ja suuri lämpökuorma, mikä johti alhaiseen valosähköiseen muunnosnopeuteen. Joten nyt käyttämällä LD (laserdiodi) pumppausta voidaan saavuttaa korkea hyötysuhde, suuri teho ja pitkä käyttöikä. Nd:YAG-lasergeneraattoreita voidaan käyttää hemangioomien hoidossa ja ne estävät kasvaimen kasvua. Kudoksen lämpövaurio ei kuitenkaan ole valikoiva. Hyytyessään kasvaimen verisuonia, ylimääräinen energia vahingoittaa myös ympäröivää normaalia kudosta ja on helppo jättää arpia leikkauksen jälkeen. Siksi Nd:YAG-laseria käytetään enimmäkseen kirurgiassa, gynekologiassa, kurkku- ja kurkkutautien hoidossa ja vähemmän ihotautien hoidossa.
Yb: YAG, Ytterbium (Yb) on seostettu YAG:hen, joka voi tuottaa valoa 1030 nm. Yb:YAG:n pumpun aallonpituus on 941 nm, mikä on hyvin lähellä lähtöaallonpituutta, joka voi saavuttaa pumpun kvanttihyötysuhteen 91.4 % ja pumpun tuottama lämpö vaimenee sisälle. 10% (suurin osa syöttöenergiasta muunnetaan ulostuloksi energia, josta pieni osa muuttuu lämmöksi, mikä tarkoittaa, että muunnoshyötysuhde on erittäin korkea), mikä on 25 %. 30% Nd:YAG:sta. Yb:YAG:sta on tullut yksi houkuttelevimmista solid-state lasermediasta, ja LD-pumppatuista suuritehoisista Yb:YAG solid-state lasergeneraattoreista on tullut uusi tutkimuskohde, ja niitä pidetään yhtenä kehitystyön tehokkaimmista, suuritehoisista solid-state lasergeneraattoreista.
Yllä mainittujen kahden lisäksi YAG voidaan seostaa myös holmiumilla (Ho), erbiumilla (Er) jne. Ho:YAG valmistaa silmille turvallisia 2097nm ja 2091nm lasereita pääasiassa optiseen viestintään, tutka- ja lääketieteellisiin sovelluksiin. Er:YAG tuottaa 2.9 μm valoa, ja ihmiskehossa on korkea tämän aallonpituuden absorptionopeus, jolla on suuri sovelluspotentiaali laserkirurgiassa ja verisuonikirurgiassa.
Kaasu lasergeneraattori
Kaasulasergeneraattorit ovat laserjärjestelmiä, jotka käyttävät kaasua vahvistusväliaineena ja yleensä pumppaavat kaasupurkauksia. Kaasutyyppejä ovat atomikaasut (helium-neon, jalokaasu-ioni ja metallihöyry), molekyylikaasut (typpi ja hiilidioksidi), eksimeerikaasut, ja ne saadaan kemiallisista reaktioista.
HeNe-lasergeneraattori (HeNe) käyttää vahvistusväliaineena seosta, jossa on vähintään 75 % He ja 15 % tai vähemmän Ne. Työympäristöstä riippuen se voi säteillä vihreää (543.5 nm), keltaista (594.1 nm), oranssia (612.0 nm), punaista (632.8 nm) ja 3 erilaista lähi-infrapunavaloa (1152 nm, 1523 nm ja 3391 nm), joista punaista valoa (632.8 nm) käytetään eniten. HeNe-lasergeneraattorin säteen tuotolla on Gaussin jakauma, ja säteen laatu on erittäin vakaa. Vaikka teho ei ole suuri, sillä on hyvä suorituskyky tarkkuusmittauksen alalla.
Yleisimmät jalokaasulasergeneraattorit ovat argon-ionit (Ar+) ja kryptoni-ionit (Kr+). Sen energian muuntonopeus voi nousta jopa 0.6 %:iin ja se voi tuottaa jatkuvasti ja vakaasti 30-50 watin tehoa pitkään ja sen käyttöikä ylittää 1000 tuntia. Käytetään pääasiassa lasernäytössä, Raman-spektroskopiassa, holografiassa, epälineaarisessa optiikassa ja muilla tutkimusaloilla sekä lääketieteellisessä diagnoosissa, tulostusvärien erottelussa, metrologisessa materiaalinkäsittelyssä ja tietojenkäsittelyssä.
Metallihöyry lasergeneraattorit ottavat kuparihöyryä esimerkkinä. Kuparihöyrylasergeneraattori tuottaa pääasiassa vihreää valoa (510.5 nm) ja keltaista valoa (578.2 nm), joiden keskimääräinen teho on 100 wattia ja huipputeho 100 kW. Sen pääsovellusalue on väriainelasergeneraattoreiden pumppulähde. Lisäksi sitä voidaan käyttää myös nopeaan salamakuvaukseen, suuren kuvaruudun projektiotelevisioon ja materiaalinkäsittelyyn.
Typpimolekyylilasergeneraattori käyttää vahvistusväliaineena typpeä, joka voi lähettää ultraviolettivaloa 337.1 nm, 357.7 nm ja 315.9 nm, ja huipputeho voi olla 45 kW. Sitä voidaan käyttää pumppuvalonlähteenä orgaanisissa väriainelasergeneraattoreissa, ja sitä käytetään myös laajalti isotooppien lasererotuksessa, fluoresenssidiagnoosissa, erittäin nopeassa valokuvauksessa, saasteiden havaitsemisessa, lääketieteellisessä ja terveydenhuollossa sekä maatalouden jalostuksessa. Koska sen lyhyt aallonpituus on helpompi tarkentaa pienen pisteen saamiseksi, sitä voidaan käyttää myös submikronin komponenttien käsittelyyn.
Vahvistusmedia, jota käytetään CO2 lasergeneraattori on hiilidioksidia sekoitettuna heliumin ja typen kanssa, joka voi tuottaa kauko-infrapunavaloa, jonka aallonpituudet ovat 9.6 μm ja 10.6 μm. Generaattorilla on korkea energian muunnosnopeus, lähtöteho voi vaihdella useista wateista kymmeniin tuhansiin watteihin, ja erittäin korkea säteen laatu tekee CO2 lasergeneraattori, jota käytetään laajasti materiaalinkäsittelyssä, tieteellisessä tutkimuksessa, maanpuolustuksessa ja lääketieteessä. Tapaat erilaisia CO2 laserleikkurit ja laserkaivertajat puun, MDF:n, vanerin, kankaan, nahan, lasin, muovin ja akryylin kaiverrukseen ja leikkaamiseen päivittäisessä elämässäsi ja liiketoiminnassasi.
Eksimeerit ovat epästabiileja molekyylejä, jotka on täytetty erilaisten jalokaasujen ja halogeenikaasujen seoksilla resonaattorissa eri aallonpituuksien lasereiden tuottamiseksi. Viritys saadaan yleensä aikaan relativistisilla elektronisuihkuilla (energia yli 200 keV) tai poikittaisilla nopeilla pulssipurkauksilla. Kun virittyneen tilan eksimeerin epästabiilit molekyylisidokset katkeavat ja hajoavat perustilaatomeiksi, vapautuu virittyneen tilan energia lasersäteilyn muodossa. Sitä käytetään laajalti lääketieteellisessä, optisessa viestinnässä, puolijohdenäytössä, kaukokartoituksessa, laseraseissa ja muilla aloilla.
Kemiallinen lasergeneraattori on erityinen kaasulaserjärjestelmä, joka käyttää kemiallisen reaktion vapauttamaa energiaa hiukkasluvun inversion toteuttamiseen. Suurin osa niistä toimii molekyylin siirtymätilassa, ja tyypillinen aallonpituusalue on lähi-infrapuna-keski-infrapunaspektrialueella. Tärkeimmät ovat fluorivety (HF) ja deuteriumfluoridi (DF) laitteet. Edellinen voi tuottaa yli 15 spektriviivaa välillä 2.6-3.3 mikronia; jälkimmäisessä on noin 25 spektriviivaa välillä 3.5 - 4.2 mikronia. Molemmat laitteet pystyvät tällä hetkellä usean megawatin tehoon. Valtavan energiansa vuoksi sitä käytetään yleisesti ydintekniikassa ja sotilaallisilla aloilla.
Värilasergeneraattori
Värilasergeneraattorit käyttävät orgaanista väriainetta laserväliaineena, yleensä nestemäistä liuosta. Väriainelasergeneraattoreita voidaan yleensä käyttää laajemmalla aallonpituusalueella kuin kaasumaisia ja solid-state lasermediaa. Niiden laaja kaistanleveys tekee niistä erityisen sopivia viritettäville ja pulssikäyttöisille lasergeneraattoreille. Lyhyen keskipitkän käyttöiän ja rajoitetun lähtötehon vuoksi se kuitenkin korvataan periaatteessa aallonpituudella viritettävillä solid-state-lasereilla, kuten titaanisafiiri.
Diodilasergeneraattori
Diodilasergeneraattori on laserjärjestelmä, joka käyttää työaineena puolijohdemateriaaleja. Viritystilaa on 3: sähköinen injektio, elektronisuihkuviritys ja optinen pumppaus. Pieni koko, alhainen hinta, korkea hyötysuhde, pitkä käyttöikä, alhainen virrankulutus, voidaan käyttää elektronisissa tiedoissa, lasertulostuksessa, laserosoittimessa, optisessa viestinnässä, lasertelevisiossa, pienessä laserprojektorissa, elektronisissa tiedoissa, integroidussa optiikassa ja muilla aloilla.
Fiber Laser Generator
Kuitulasergeneraattori viittaa laserjärjestelmään, joka käyttää harvinaisten maametallien elementeillä seostettua lasikuitua vahvistusväliaineena. Sitä käytetään laajalti metallien ja ei-metallitulostuksessa, merkinnässä, kaiverruksessa, porauksessa, leikkauksessa, puhdistuksessa, hitsauksessa (juotto, vesisammutus, päällystys ja syvähitsaus), armeijassa, puolustuksessa ja turvallisuudessa, lääketieteellisissä laitteissa, laajassa infrastruktuurissa ja pumppu muille laserlähteille. tapaatte kuitulaserkaiverruskoneet henkilökohtaisia tekstejä ja kuvioita varten, kuitulaserleikkurit metallin valmistukseen, kuitulaserpuhdistuskoneet ruosteenpoistoon, maalinpoistoon ja pinnoitteen poistoon, kuitulaserhitsauskoneet metalliliitoksille elämässäsi.
Ilmainen elektronilasergeneraattori
Vapaaelektronilasergeneraattori on uudentyyppinen suuritehoinen koherentti säteilylähde, joka eroaa perinteisestä lasergeneraattorista. Se ei tarvitse kaasua, nestettä tai kiinteää työmateriaalia, vaan muuttaa suoraan korkeaenergisen elektronisäteen liike-energian koherentiksi säteilyenergiaksi. Siksi voidaan myös katsoa, että vapaiden elektronien lasergeneraattorin työaine on vapaita elektroneja. Sillä on sarja erinomaisia ominaisuuksia, kuten suuri teho, korkea hyötysuhde, laaja valikoima aallonpituussäätöjä ja ultralyhyiden pulssien aikarakenne. Sitä lukuun ottamatta ei ole lasergeneraattoria, jolla voisi olla nämä ominaisuudet samanaikaisesti. Sillä on huomattavia mahdollisuuksia fysiikan tutkimuksen, laseraseiden, laserfuusion, fotokemian ja optisen viestinnän aloilla.
