Você já se perguntou como os lasers, uma maravilha da tecnologia moderna, são classificados? Este artigo explora quatro métodos principais para categorizar os lasers com base em sua substância de trabalho, forma de onda de saída de energia, comprimento de onda e potência. Você aprenderá sobre diferentes tipos de lasers, como gás, estado sólido e semicondutor, e entenderá suas aplicações exclusivas em setores que variam de comunicações a processamento de materiais. Mergulhe de cabeça e descubra como esses poderosos feixes de luz são adaptados para atender a várias necessidades tecnológicas.
O laser é considerado uma das quatro grandes invenções do século XX. Ao contrário da luz natural, a luz laser é uma invenção humana baseada na teoria quântica.
O que diferencia a luz laser da luz natural são suas características exclusivas e o processo pelo qual ela é gerada. O laser é frequentemente chamado de "a faca mais rápida, a luz mais brilhante e a régua mais precisa".
Em comparação com a luz natural, a luz do laser é altamente intensa, altamente monocromática, altamente coerente e altamente direcional.
A luz laser é o resultado da radiação atômica estimulada. Quando os átomos são excitados pela energia da fonte da bomba, eles podem fazer a transição para um estado de alta energia. Se encontrarem um fóton externo com uma frequência específica, eles liberarão um fóton idêntico. Esse processo faz com que mais átomos façam a transição e produzam o mesmo fóton, resultando em radiação estimulada e na produção de luz laser.
A frequência, a fase, a direção de propagação e o estado de polarização dos fótons produzidos pela radiação estimulada e pelos fótons externos são exatamente os mesmos, e é por isso que a luz laser tem as características exclusivas de alta intensidade, alta monocromaticidade, alta coerência e alta direcionalidade.
Diagrama esquemático da transição do nível de energia atômica
Diagrama esquemático do processo de radiação estimulada
O uso comercial da tecnologia a laser começou na década de 1970 e, desde então, vem se desenvolvendo rapidamente. Em 1917, Einstein propôs pela primeira vez o conceito de radiação estimulada. O primeiro laser de rubi do mundo laser de estado sólido foi introduzido em 1960.
Na década de 1970, a tecnologia a laser entrou na era comercial e, desde então, continua crescendo e se expandindo. Depois de estudar a interação entre os feixes de laser e a matéria, a aplicação da tecnologia a laser foi ampliada e expandida, principalmente no setor industrial. Na década de 1990, aplicações industriais do laser A tecnologia entrou em um estágio de desenvolvimento de alta velocidade.
Histórico de desenvolvimento da tecnologia a laser
A alta intensidade, a boa monocromaticidade, a boa coerência e a boa diretividade da luz laser determinam seus dois principais cenários de aplicação: laser de energia e laser de informações.
Laser de energia:
A tecnologia a laser é conhecida por sua alta densidade de energia, o que a torna ideal para várias aplicações, como processamento de materiais, armas, tratamento médico e outras.
Laser de informações:
A boa monocromaticidade e diretividade do laser o tornam adequado para transmissão de informações (comunicação óptica) e medição de distância (medição óptica). A comunicação óptica tem várias vantagens sobre a comunicação elétrica tradicional, como sua alta capacidade, recursos de transmissão de longa distância, confidencialidade aprimorada e natureza leve.
Processamento a laser é um excelente exemplo de tecnologia de processamento de precisão, com seu crescimento amplamente impulsionado pela substituição dos métodos tradicionais de processamento.
Em comparação com outros métodos de processamento, o processamento a laser oferece várias vantagens, incluindo alta eficiência, alta precisão, baixo consumo de energia, deformação mínima do material e facilidade de controle.
Essas vantagens podem ser atribuídas a dois fatores principais características do laser processamento: usinagem sem contato e alta densidade de energia.
Usinagem sem contato:
No processamento a laser, o calor gerado pela interação entre o laser e o material conclui o processamento, sem que haja contato físico entre a ferramenta de processamento e o material. Isso elimina os efeitos da força sobre o material processado e resulta em um custo relativamente baixo. tensão residual. Além disso, o pequeno diâmetro do feixe de laser permite alta precisão.
Alta densidade de energia:
A densidade de potência do processamento a laser pode chegar a mais de 107W/cm^2, o que é milhares ou até dezenas de milhares de vezes maior do que outros métodos de processamento, como chama e arco. Essa densidade de potência mais alta permite que o laser processe uma pequena área do material sem afetar a área ao redor, o que resulta em maior precisão e eficiência de processamento.
Vantagem multiponto
O laser é um componente crucial na geração de luz laser e é o componente central do equipamento a laser.
O valor do laser normalmente representa 20-40% do valor total de um conjunto completo de equipamentos de processamento a laser e, em alguns casos, pode ser ainda maior.
O laser é onde ocorrem os processos de bombeamento e radiação estimulada. Um laser típico consiste em várias partes, incluindo o material de trabalho do laser (que emite energia), a fonte de bombeamento (que fornece energia) e o ressonador óptico (que facilita a propagação da energia).
Diagrama da estrutura básica do laser
Há vários métodos para classificar os lasers, mas quatro deles são os mais usados:
Substância de trabalho:
Os lasers podem ser classificados de acordo com o tipo de substância de trabalho que utilizam, incluindo lasers de gás, lasers sólidos, lasers líquidos (corantes), lasers semicondutores, lasers excimer e outros.
Os lasers de gás usam gás como material de trabalho. Exemplos de lasers de gás comuns incluem CO2 lasers, lasers He-Ne, lasers de íons de argônio, lasers He-Cd, lasers de vapor de cobre e vários lasers excimer. OS LASERS DE CO2 Os lasers são particularmente usados no setor.
CO2 laser
Lasers de estado sólido:
Nos lasers de estado sólido, os íons metálicos capazes de produzir emissão estimulada são dopados em um cristal e usados como material de trabalho. Os cristais comumente usados incluem rubi, coríndon, granada de alumínio (comumente conhecida como YAG), tungstato de cálcio, fluoreto de cálcio, aluminato de ítrio e berilato de lantânio. Atualmente, o YAG é o cristal mais amplamente usado em lasers de estado sólido.
Laser de estado sólido
Laser líquido:
Nos lasers líquidos, a substância de trabalho é uma solução formada pela dissolução de corantes orgânicos em líquidos como etanol, metanol ou água.
Lasers semicondutores:
Os lasers semicondutores, também conhecidos como diodos de laser, usam materiais semicondutores como materiais de trabalho, como arseneto de gálio (GaAs), sulfeto de cádmio (CDS), fosfeto de índio (INP) e sulfeto de zinco (ZnS).
Lasers semicondutores
Laser de fibra:
Um laser de fibra usa fibra de vidro dopada com elementos de terras raras como seu material de trabalho. Os lasers de fibra são lasers que usam fibra como meio para a geração de luz laser.
Laser de fibra
O laser de fibra é conhecido como o "laser de terceira geração" devido ao seu desempenho excepcional:
(1) O pequeno volume, a flexibilidade, a baixa relação volume/área e a alta taxa de conversão fotoelétrica da fibra resultam em um laser de fibra que é miniaturizado, intensificado e altamente eficiente em termos de dissipação de calor e conversão fotoelétrica.
(2) A saída do laser de um laser de fibra pode ser obtida diretamente da fibra, o que torna o laser de fibra altamente adaptável a aplicações de processamento em qualquer espaço.
(3) A estrutura do laser de fibra, que não possui lentes ópticas na cavidade ressonante, oferece vantagens como facilidade de uso, baixa manutenção e alta estabilidade.
(4) A qualidade do feixe de um laser de fibra também é excepcional.
| Tipos de laser | Tipo típico | Comprimento de onda do laser | Potência máxima de saída | Eficiência de conversão de energia | Recursos |
| Laser a gás | CO2 laser | Cerca de 10,6um de infravermelho | 1-20kw | 8%～10% | Boa monocromaticidade e alta eficiência de conversão de energia |
| Laser líquido | Laser de corante 6G | UV para IR | – | 5%～20% | O comprimento de onda de saída é continuamente ajustável, o poder de conversão de energia é alto, fácil de preparar e barato |
| Lasers de estado sólido | YAG / laser de rubi | Visível a infravermelho próximo | 0,5-5kw | 0,5%～1% | Baixa potência de saída, baixa taxa de conversão de energia e boa monocromaticidade. |
| Lasers semicondutores | Laser de diodo GaAs | 100nm-1,65um | 0,5-20kw, a matriz bidimensional pode chegar a 350kW | 20% - 40%, laboratório 70% | Alta potência de conversão de energia, pequeno volume, peso leve, estrutura simples, longa vida útil e baixa monocromaticidade. |
| Laser de fibra | Laser de fibra pulsado / CW | 1,46um-1,65um | 0,5-20kw | 30%-40% | Miniaturização, intensificação, alta eficiência de conversão, alta saída de energia, alta qualidade de feixe, sem colimação óptica e com menos manutenção. |
Os lasers podem ser categorizados em três tipos: laser contínuo, laser pulsado e laser quase contínuo.
Os lasers pulsados podem ser classificados com base na largura do pulso: laser de milissegundos, laser de microssegundos e laser de nanossegundos, laser de picossegundoslaser de femtossegundo e laser de attossegundo.
Laser contínuo:
Esse tipo de laser emite uma forma de onda de energia estável e contínua durante o uso, com alta potência. Ele é adequado para o processamento de materiais com grande volume e altos pontos de fusão, como placas de metal.
Laser pulsado:
Os lasers pulsados podem ser divididos em lasers de milissegundos, lasers de microssegundos, lasers de nanossegundos, lasers de picossegundos, lasers de femtossegundos e lasers de attossegundos, dependendo da largura do pulso. Os lasers de femtossegundos e de attossegundos são comumente chamados de lasers ultrarrápidos.
Embora a potência dos lasers pulsados seja menor em comparação com os lasers contínuos, a precisão da usinagem é maior. Como regra geral, quanto mais estreita for a largura do pulso, maior será a precisão da usinagem.
Laser quase contínuo:
Esse tipo de laser está entre um laser contínuo e um laser pulsado, em que o laser de alta energia pode ser emitido repetidamente em um determinado período.
| Método de classificação | Categoria de laser | Recursos |
|---|---|---|
| Classificação por modo de trabalho | Laser CW | A excitação do material de trabalho e a saída de laser correspondente podem ser realizadas continuamente em um longo intervalo de tempo |
| Laser pulsado | Refere-se a um laser com uma única largura de pulso de laser inferior a 0,25 segundos e que funciona apenas uma vez em um determinado intervalo. Ele tem uma grande potência de pico de saída e é adequado para marcação, corte e alcance a laser. | |
| Classificação por largura de pulso | Laser de milissegundos (MS) | 10-3S |
| Laser de microssegundos (US) | 10-6S | |
| Laser de nanossegundos (NS) | 10-9S | |
| Laser de picossegundos (PS) | 10-12S | |
| Laser de femtossegundo (FS) | 10-15S |
Os lasers podem ser categorizados em vários tipos com base em seu comprimento de onda: Lasers de raios X, lasers ultravioleta, lasers infravermelhos, lasers visíveis, etc.
Os lasers podem ser divididos em três categorias com base em sua potência de saída: lasers de baixa potência (1500W).
Classificação dos lasers
Alguns dos principais fornecedores de laser do mercado incluem Coherent, IPG Photonics, n-Light, Newport Corporation, TRUMPF, Rofin (agora uma subsidiária da Coherent), DILAS, SPI Lasers (agora propriedade da TRUMPF), Mitsubishi Electric, Kawasaki Heavy Industries, MAX Photonics, JPT Optoelectronics, Raycus Lasers de fibra, Fei Bo Laser, Guoke Laser, Anpin Laser e HFB Laser.
Você também pode consultar a parte superior fabricantes de máquinas de corte a laser para referência.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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