Vous êtes-vous déjà demandé comment les lasers, merveilles de la technologie moderne, sont classés ? Cet article explore quatre méthodes clés pour classer les lasers en fonction de leur substance de travail, de la forme d'onde de sortie de l'énergie, de la longueur d'onde et de la puissance. Vous découvrirez différents types de lasers, tels que les lasers à gaz, les lasers à semi-conducteurs et les lasers à semi-conducteurs, et vous comprendrez leurs applications uniques dans des secteurs allant des communications au traitement des matériaux. Plongez dans ce cours pour découvrir comment ces puissants faisceaux de lumière sont conçus pour répondre à divers besoins technologiques.
Le laser est considéré comme l'une des quatre grandes inventions du XXe siècle. Contrairement à la lumière naturelle, la lumière laser est une invention humaine basée sur la théorie quantique.
Ce qui distingue la lumière laser de la lumière naturelle, ce sont ses caractéristiques uniques et le processus par lequel elle est générée. Le laser est souvent considéré comme "le couteau le plus rapide, la lumière la plus brillante et la règle la plus précise".
Par rapport à la lumière naturelle, la lumière laser est très intense, très monochromatique, très cohérente et très directionnelle.
La lumière laser est le résultat d'un rayonnement atomique stimulé. Lorsque les atomes sont excités par l'énergie de la source de pompage, ils peuvent passer à un état de haute énergie. S'ils rencontrent un photon externe d'une fréquence spécifique, ils libèrent un photon identique. Ce processus entraîne la transition d'autres atomes et la production du même photon, ce qui donne lieu à un rayonnement stimulé et à la production de lumière laser.
La fréquence, la phase, la direction de propagation et l'état de polarisation des photons produits par le rayonnement stimulé et les photons externes sont exactement les mêmes, ce qui explique pourquoi la lumière laser présente les caractéristiques uniques d'une grande intensité, d'une grande monochromaticité, d'une grande cohérence et d'une grande directionnalité.
Schéma de la transition des niveaux d'énergie atomique
Schéma du processus de rayonnement stimulé
L'utilisation commerciale de la technologie laser a débuté dans les années 1970 et s'est rapidement développée depuis. En 1917, Einstein a proposé pour la première fois le concept de rayonnement stimulé. Le premier rubis au monde laser à semi-conducteurs a été introduite en 1960.
Au cours des années 1970, la technologie laser est entrée dans l'ère commerciale et n'a cessé de croître et de se développer depuis lors. Après avoir étudié l'interaction entre les faisceaux laser et la matière, l'application de la technologie laser s'est élargie et développée, en particulier dans le secteur industriel. Dans les années 1990, applications industrielles du laser est entrée dans une phase de développement à grande vitesse.
Historique du développement de la technologie laser
La forte intensité, la bonne monochromaticité, la bonne cohérence et la bonne directivité de la lumière laser déterminent ses deux principaux scénarios d'application : le laser à énergie et le laser à information.
Laser énergétique :
La technologie laser est connue pour sa haute densité d'énergie, ce qui la rend idéale pour diverses applications telles que le traitement des matériaux, les armes, les traitements médicaux, etc.
Laser d'information :
La bonne monochromaticité et la directivité du laser le rendent adapté à la transmission d'informations (communication optique) et à la mesure de la distance (mesure optique). La communication optique présente plusieurs avantages par rapport à la communication électrique traditionnelle, tels que sa grande capacité, ses possibilités de transmission sur de longues distances, sa confidentialité accrue et sa légèreté.
Traitement au laser est un excellent exemple de technologie de traitement de précision, dont la croissance est largement due au remplacement des méthodes de traitement traditionnelles.
Par rapport à d'autres méthodes de traitement, le traitement au laser présente plusieurs avantages, notamment une grande efficacité, une grande précision, une faible consommation d'énergie, une déformation minimale du matériau et une grande facilité de contrôle.
Ces avantages peuvent être attribués à deux éléments clés caractéristiques du laser traitement : usinage sans contact et haute densité d'énergie.
Usinage sans contact :
Dans le traitement au laser, la chaleur générée par l'interaction entre le laser et le matériau achève le traitement, sans contact physique entre l'outil de traitement et le matériau. Cela élimine les effets de la force sur le matériau traité et permet d'obtenir des résultats relativement faibles. contrainte résiduelle. En outre, le faible diamètre du faisceau laser permet une grande précision.
Densité énergétique élevée :
La densité de puissance du traitement laser peut atteindre plus de 107 W/cm^2, soit des milliers, voire des dizaines de milliers de fois plus que d'autres méthodes de traitement telles que la flamme et l'arc. Cette densité de puissance plus élevée permet au laser de traiter une petite zone du matériau sans affecter la zone environnante, ce qui permet d'améliorer la précision et l'efficacité du traitement.
L'avantage du multipoint
Le laser est un élément crucial dans la production de la lumière laser et constitue l'élément central de l'équipement laser.
La valeur du laser représente généralement 20-40% de la valeur totale d'un ensemble complet d'équipements de traitement au laser, et dans certains cas, elle peut être encore plus élevée.
Le laser est le lieu où se déroulent les processus de pompage et de rayonnement stimulé. Un laser typique se compose de plusieurs éléments, notamment le matériau de travail du laser (qui émet de l'énergie), la source de pompage (qui fournit de l'énergie) et le résonateur optique (qui facilite la propagation de l'énergie).
Schéma de la structure de base du laser
Il existe plusieurs méthodes de classification des lasers, mais quatre d'entre elles sont les plus utilisées :
Substance active :
Les lasers peuvent être classés en fonction du type de substance active qu'ils utilisent : lasers à gaz, lasers à solide, lasers à liquide (à colorant), lasers à semi-conducteur, lasers à excimère, etc.
Les lasers à gaz utilisent du gaz comme matériau de travail. Parmi les exemples de lasers à gaz courants, on peut citer les lasers à CO2 les lasers He-Ne, les lasers à argon-ion, les lasers He-Cd, les lasers à vapeur de cuivre et divers lasers à excimère. LES LASERS À CO2 Les lasers sont particulièrement utilisés dans l'industrie.
LE CO2 laser
Lasers à l'état solide :
Dans les lasers à solide, les ions métalliques capables de produire une émission stimulée sont dopés dans un cristal et utilisés comme matériau de travail. Les cristaux couramment utilisés sont le rubis, le corindon, le grenat d'aluminium (communément appelé YAG), le tungstate de calcium, le fluorure de calcium, l'aluminate d'yttrium et le beryllate de lanthane. Actuellement, le YAG est le cristal le plus utilisé dans les lasers à solide.
Laser à semi-conducteurs
Laser liquide :
Dans les lasers à liquide, la substance active est une solution formée par la dissolution de colorants organiques dans des liquides tels que l'éthanol, le méthanol ou l'eau.
Lasers à semi-conducteurs :
Les lasers à semi-conducteurs, également appelés diodes laser, utilisent des matériaux semi-conducteurs comme matériaux de travail, tels que l'arséniure de gallium (GaAs), le sulfure de cadmium (CDS), le phosphure d'indium (INP) et le sulfure de zinc (ZnS).
Lasers à semi-conducteurs
Laser à fibre :
Un laser à fibre utilise une fibre de verre dopée avec des éléments de terre rare comme matériau de travail. Les lasers à fibre sont des lasers qui utilisent la fibre comme support pour la génération de la lumière laser.
Laser à fibre
Le laser à fibre est connu comme le "laser de troisième génération" en raison de ses performances exceptionnelles :
(1) Le faible volume, la flexibilité, le faible rapport volume/surface et le taux élevé de conversion photoélectrique de la fibre permettent d'obtenir un laser à fibre miniaturisé, intensifié et très efficace en termes de dissipation de la chaleur et de conversion photoélectrique.
(2) La sortie laser d'un laser à fibre peut être obtenue directement à partir de la fibre, ce qui rend le laser à fibre très adaptable aux applications de traitement dans n'importe quel espace.
(3) La structure du laser à fibre, qui ne comporte pas de lentilles optiques dans la cavité résonnante, offre des avantages tels que la facilité d'utilisation, une maintenance réduite et une grande stabilité.
(4) La qualité du faisceau d'un laser à fibre est également exceptionnelle.
| Types de laser | Type typique | Longueur d'onde du laser | Puissance de sortie maximale | Efficacité de la conversion énergétique | Caractéristiques |
| Laser à gaz | LE CO2 laser | Environ 10,6um infrarouge | 1-20kw | 8%～10% | Bonne monochromaticité et haut rendement de conversion énergétique |
| Laser liquide | Laser à colorant 6G | De l'UV à l'IR | – | 5%～20% | La longueur d'onde de sortie est réglable en continu, le pouvoir de conversion énergétique est élevé, facile à préparer et bon marché. |
| Lasers à l'état solide | Laser YAG / rubis | Visible à proche infrarouge | 0,5-5kw | 0,5%～1% | Faible puissance de sortie, faible taux de conversion énergétique et bonne monochromaticité. |
| Lasers à semi-conducteurs | Laser à diode GaAs | 100nm-1.65um | 0,5-20kw, un réseau bidimensionnel peut atteindre 350kW | 20% - 40%, laboratoire 70% | Pouvoir de conversion énergétique élevé, faible volume, poids léger, structure simple, longue durée de vie et faible monochromaticité. |
| Laser à fibre | Laser à fibre pulsé / CW | 1,46um-1,65um | 0,5-20kw | 30%-40% | Miniaturisation, intensification, efficacité de conversion élevée, rendement énergétique élevé, qualité de faisceau élevée, pas de collimation optique et moins de maintenance. |
Les lasers peuvent être classés en trois catégories : les lasers continus, les lasers pulsés et les lasers quasi-continus.
Les lasers pulsés peuvent être classés en fonction de la largeur d'impulsion : laser milliseconde, laser microseconde, laser nanoseconde, laser picosecondelaser femtoseconde et laser attoseconde.
Laser continu :
Ce type de laser émet une forme d'onde énergétique stable en continu pendant l'utilisation, avec une puissance élevée. Il convient au traitement de matériaux de grand volume et à point de fusion élevé, tels que les plaques métalliques.
Laser pulsé :
Les lasers pulsés peuvent être divisés en lasers millisecondes, lasers microsecondes, lasers nanosecondes, lasers picosecondes, lasers femtosecondes et lasers attosecondes, en fonction de la largeur de l'impulsion. Les lasers femtoseconde et attoseconde sont communément appelés lasers ultrarapides.
Bien que la puissance des lasers pulsés soit inférieure à celle des lasers continus, la précision d'usinage est plus élevée. En règle générale, plus la largeur d'impulsion est étroite, plus la précision d'usinage est élevée.
Laser quasi-continu :
Ce type de laser se situe entre le laser continu et le laser pulsé, où un laser à haute énergie peut être émis de manière répétée pendant une certaine période.
| Méthode de classification | Catégorie laser | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Classification par mode de travail | Laser CW | L'excitation du matériau de travail et la sortie laser correspondante peuvent être effectuées en continu sur une longue plage de temps. |
| Laser pulsé | Il s'agit d'un laser dont la largeur d'impulsion est inférieure à 0,25 seconde et qui ne fonctionne qu'une seule fois à un certain intervalle. Il possède une puissance de sortie élevée et convient au marquage, à la découpe et à la télémétrie par laser. | |
| Classification par largeur d'impulsion | Laser milliseconde (MS) | 10-3S |
| Laser microseconde (US) | 10-6S | |
| Laser nanoseconde (NS) | 10-9S | |
| Laser picoseconde (PS) | 10-12S | |
| Laser femtoseconde (FS) | 10-15S |
Les lasers peuvent être classés en plusieurs catégories en fonction de leur longueur d'onde : lasers à rayons X, lasers ultraviolets, lasers infrarouges, lasers visibles, etc.
Les lasers peuvent être divisés en trois catégories en fonction de leur puissance de sortie : les lasers de faible puissance (1500W).
Classification des lasers
Parmi les principaux fournisseurs de lasers sur le marché figurent Coherent, IPG Photonics, n-Light, Newport Corporation, TRUMPF, Rofin (aujourd'hui filiale de Coherent), DILAS, SPI Lasers (aujourd'hui propriété de TRUMPF), Mitsubishi Electric, Kawasaki Heavy Industries, MAX Photonics, JPT Optoelectronics, Raycus Lasers à fibre, laser Fei Bo, laser Guoke, laser Anpin et laser HFB.
Vous pouvez également vous référer à la partie supérieure fabricants de machines de découpe au laser pour référence.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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