¿Se ha preguntado alguna vez cómo se clasifican los láseres, una maravilla de la tecnología moderna? Este artículo explora cuatro métodos clave para clasificar los láseres en función de su sustancia de trabajo, forma de onda de salida de energía, longitud de onda y potencia. Conocerá diferentes tipos de láser, como los de gas, estado sólido y semiconductor, y comprenderá sus aplicaciones únicas en sectores que van desde las comunicaciones hasta el procesamiento de materiales. Sumérjase y descubra cómo estos potentes haces de luz se adaptan a diversas necesidades tecnológicas.
El láser está considerado uno de los cuatro grandes inventos del siglo XX. A diferencia de la luz natural, la luz láser es un invento humano basado en la teoría cuántica.
Lo que diferencia a la luz láser de la luz natural son sus características únicas y el proceso por el que se genera. A menudo se hace referencia al láser como "el cuchillo más rápido, la luz más brillante y la regla más precisa".
Comparada con la luz natural, la luz láser es muy intensa, muy monocromática, muy coherente y muy direccional.
La luz láser es el resultado de la radiación atómica estimulada. Cuando los átomos son excitados por la energía de la fuente de bombeo, pueden pasar a un estado de alta energía. Si encuentran un fotón externo con una frecuencia específica, liberarán un fotón idéntico. Este proceso hace que más átomos transicionen y produzcan el mismo fotón, lo que da lugar a la radiación estimulada y a la producción de luz láser.
La frecuencia, la fase, la dirección de propagación y el estado de polarización de los fotones producidos por la radiación estimulada y los fotones externos son exactamente los mismos, por lo que la luz láser tiene las características únicas de alta intensidad, alta monocromaticidad, alta coherencia y alta direccionalidad.
Diagrama esquemático de la transición del nivel de energía atómica
Diagrama esquemático del proceso de radiación estimulada
El uso comercial de la tecnología láser comenzó en la década de 1970 y desde entonces se ha desarrollado rápidamente. En 1917, Einstein propuso por primera vez el concepto de radiación estimulada. El primer rubí del mundo láser de estado sólido se introdujo en 1960.
En la década de 1970, la tecnología láser entró en la era comercial y desde entonces no ha dejado de crecer y expandirse. Tras estudiar la interacción entre los rayos láser y la materia, la aplicación de la tecnología láser se ha ampliado y expandido, sobre todo en el sector industrial. En la década de 1990, aplicaciones industriales del láser la tecnología entró en una fase de desarrollo a gran velocidad.
Historia del desarrollo de la tecnología láser
La alta intensidad, la buena monocromaticidad, la buena coherencia y la buena directividad de la luz láser determinan sus dos principales escenarios de aplicación: el láser de energía y el láser de información.
Láser de energía:
La tecnología láser es conocida por su alta densidad de energía, lo que la hace ideal para diversas aplicaciones, como el procesamiento de materiales, las armas y el tratamiento médico, entre otras.
Láser de información:
La buena monocromaticidad y directividad del láser lo hacen adecuado para la transmisión de información (comunicación óptica) y la medición de distancias (medición óptica). La comunicación óptica tiene varias ventajas sobre la comunicación eléctrica tradicional, como su alta capacidad, su capacidad de transmisión a larga distancia, su mayor confidencialidad y su ligereza.
Tratamiento por láser es un excelente ejemplo de tecnología de procesamiento de precisión, cuyo crecimiento se debe en gran medida a la sustitución de los métodos de procesamiento tradicionales.
En comparación con otros métodos de procesado, el procesado por láser ofrece varias ventajas, como una gran eficacia, alta precisión, bajo consumo de energía, mínima deformación del material y facilidad de control.
Estas ventajas pueden atribuirse a dos factores clave características del láser procesamiento: mecanizado sin contacto y alta densidad de energía.
Mecanizado sin contacto:
En el procesamiento por láser, el calor generado por la interacción entre el láser y el material completa el procesamiento, sin contacto físico entre la herramienta de procesamiento y el material. De este modo se eliminan los efectos de la fuerza sobre el material procesado y se obtienen resultados relativamente bajos. tensión residual. Además, el pequeño diámetro del rayo láser permite una gran precisión.
Alta densidad energética:
La densidad de potencia del procesado láser puede alcanzar más de 107 W/cm^2, lo que supone miles o incluso decenas de miles de veces más que otros métodos de procesado como la llama y el arco. Esta mayor densidad de potencia permite al láser procesar una pequeña zona del material sin afectar al área circundante, lo que se traduce en una mayor precisión y eficacia del procesamiento.
Ventaja multipunto
El láser es un componente crucial en la generación de luz láser y es el componente central de los equipos láser.
El valor del láser suele representar el 20-40% del valor total de un equipo completo de procesamiento láser y, en algunos casos, puede ser incluso superior.
El láser es el lugar donde tienen lugar los procesos de bombeo y radiación estimulada. Un láser típico consta de varias partes, como el material de trabajo del láser (que emite energía), la fuente de bombeo (que proporciona energía) y el resonador óptico (que facilita la propagación de la energía).
Diagrama de la estructura básica del láser
Existen varios métodos para clasificar los láseres, pero cuatro de ellos son los más utilizados:
Sustancia de trabajo:
Los láseres pueden clasificarse en función del tipo de sustancia de trabajo que utilizan: láseres de gas, láseres sólidos, láseres líquidos (de colorante), láseres semiconductores, láseres de excímeros, etc.
Los láseres de gas utilizan gas como material de trabajo. Algunos ejemplos de láseres de gas comunes son los de CO2 los láseres de He-Ne, los láseres de iones de argón, los láseres de He-Cd, los láseres de vapor de cobre y varios láseres de excímeros. CO2 Los láseres se utilizan sobre todo en la industria.
CO2 láser
Láseres de estado sólido:
En los láseres de estado sólido, los iones metálicos capaces de producir una emisión estimulada se dopan en un cristal y se utilizan como material de trabajo. Los cristales más utilizados son el rubí, el corindón, el granate de aluminio (conocido como YAG), el tungstato de calcio, el fluoruro de calcio, el aluminato de itrio y el berilato de lantano. Actualmente, el YAG es el cristal más utilizado en los láseres de estado sólido.
Láser de estado sólido
Láser líquido:
En los láseres líquidos, la sustancia de trabajo es una solución formada por la disolución de colorantes orgánicos en líquidos como etanol, metanol o agua.
Láseres semiconductores:
Los láseres semiconductores, también conocidos como diodos láser, utilizan materiales semiconductores como materiales de trabajo, como el arseniuro de galio (GaAs), el sulfuro de cadmio (CDS), el fosfuro de indio (INP) y el sulfuro de zinc (ZnS).
Láseres semiconductores
Láser de fibra:
Un láser de fibra utiliza fibra de vidrio dopada con elementos de tierras raras como material de trabajo. Los láseres de fibra son láseres que utilizan fibra como medio para la generación de luz láser.
Láser de fibra
El láser de fibra óptica se conoce como el "láser de 3ª generación" por sus excepcionales prestaciones:
(1) El pequeño volumen, la flexibilidad, la baja relación volumen-área y la alta tasa de conversión fotoeléctrica de la fibra dan como resultado un láser de fibra miniaturizado, intensificado y altamente eficiente en términos de disipación de calor y conversión fotoeléctrica.
(2) La salida láser de un láser de fibra puede obtenerse directamente de la fibra, lo que hace que el láser de fibra sea muy adaptable a aplicaciones de procesamiento en cualquier espacio.
(3) La estructura del láser de fibra, que carece de lentes ópticas en la cavidad resonante, ofrece ventajas como facilidad de uso, bajo mantenimiento y gran estabilidad.
(4) La calidad del haz de un láser de fibra también es excepcional.
| Tipos de láser | Tipo típico | Longitud de onda del láser | Potencia máxima de salida | Eficacia de la conversión energética | Características |
| Láser de gas | CO2 láser | Unos infrarrojos de 10,6um | 1-20kw | 8%～10% | Buena monocromaticidad y alta eficiencia de conversión de energía |
| Láser líquido | Láser de colorante 6G | UV a IR | – | 5%～20% | La longitud de onda de salida se puede ajustar de forma continua, la potencia de conversión de energía es alta, fácil de preparar y barata |
| Láseres de estado sólido | Láser YAG / rubí | Visible a infrarrojo cercano | 0,5-5kw | 0,5%～1% | Baja potencia de salida, baja tasa de conversión de energía y buena monocromaticidad. |
| Láseres semiconductores | Láser de diodo de GaAs | 100nm-1,65um | 0,5-20 kW, el conjunto bidimensional puede alcanzar 350 kW | 20% - 40%, laboratorio 70% | Alto poder de conversión de energía, pequeño volumen, peso ligero, estructura sencilla, larga vida útil y escasa monocromaticidad. |
| Láser de fibra | Láser de fibra pulsado / CW | 1,46um-1,65um | 0,5-20kw | 30%-40% | Miniaturización, intensificación, alta eficiencia de conversión, alta salida de energía, alta calidad del haz, sin colimación óptica y menos mantenimiento. |
Los láseres pueden clasificarse en tres tipos: láser continuo, láser pulsado y láser casi continuo.
Los láseres pulsados pueden clasificarse a su vez en función de la anchura del pulso: láser de milisegundos, láser de microsegundos y láser de nanosegundos, láser de picosegundosláser de femtosegundo y láser de attosegundo.
Láser continuo:
Este tipo de láser emite una forma de onda de energía estable de forma continua mientras se utiliza, con alta potencia. Es adecuado para procesar materiales de gran volumen y alto punto de fusión, como placas metálicas.
Láser pulsado:
Los láseres pulsados pueden dividirse a su vez en láseres de milisegundos, láseres de microsegundos, láseres de nanosegundos, láseres de picosegundos, láseres de femtosegundos y láseres de attosegundos, en función de la anchura del pulso. Los láseres de femtosegundos y attosegundos se denominan comúnmente láseres ultrarrápidos.
Aunque la potencia de los láseres pulsados es inferior en comparación con los láseres continuos, la precisión de mecanizado es mayor. Por regla general, cuanto menor sea la anchura del pulso, mayor será la precisión del mecanizado.
Láser casi continuo:
Este tipo de láser se encuentra entre el láser continuo y el láser pulsado, en el que el láser de alta energía puede emitirse repetidamente en un periodo determinado.
| Método de clasificación | Categoría láser | Características |
|---|---|---|
| Clasificación por modo de trabajo | Láser CW | La excitación del material de trabajo y la correspondiente salida láser pueden realizarse de forma continua en un amplio intervalo de tiempo. |
| Láser pulsado | Se trata de un láser con una única anchura de pulso láser inferior a 0,25 segundos y que sólo funciona una vez en un intervalo determinado. Tiene una gran potencia pico de salida y es adecuado para el marcado, el corte y la medición por láser. | |
| Clasificación por anchura de impulso | Láser de milisegundos (MS) | 10-3S |
| Láser de microsegundos (US) | 10-6S | |
| Láser de nanosegundos (NS) | 10-9S | |
| Láser de picosegundos (PS) | 10-12S | |
| Láser de femtosegundo (FS) | 10-15S |
Los láseres pueden clasificarse en varios tipos en función de su longitud de onda: Láseres de rayos X, láseres ultravioleta, láseres infrarrojos, láseres visibles, etc.
Los láseres pueden dividirse en tres categorías en función de su potencia: láseres de baja potencia (1.500 W).
Clasificación de los láseres
Algunos de los principales proveedores de láser del mercado son Coherent, IPG Photonics, n-Light, Newport Corporation, TRUMPF, Rofin (ahora filial de Coherent), DILAS, SPI Lasers (ahora propiedad de TRUMPF), Mitsubishi Electric, Kawasaki Heavy Industries, MAX Photonics, JPT Optoelectronics, Raycus Láseres de fibra, láser Fei Bo, láser Guoke, láser Anpin y láser HFB.
También puede consultar la parte superior fabricantes de máquinas de corte por láser como referencia.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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