Вы когда-нибудь задумывались, как классифицируются лазеры, чудо современной техники? В этой статье рассматриваются четыре ключевых метода классификации лазеров, основанные на их рабочем веществе, форме волны на выходе энергии, длине волны и мощности. Вы узнаете о различных типах лазеров, таких как газовые, твердотельные и полупроводниковые, и поймете их уникальное применение в самых разных отраслях - от связи до обработки материалов. Погрузитесь в курс дела, чтобы узнать, как эти мощные пучки света адаптируются к различным технологическим потребностям.
Лазер считается одним из четырех великих изобретений XX века. В отличие от естественного света, лазерный свет - это изобретение человека, основанное на квантовой теории.
Лазерное излучение отличается от естественного света своими уникальными характеристиками и процессом, с помощью которого оно генерируется. Лазер часто называют "самым быстрым ножом, самым ярким светом и самой точной линейкой".
По сравнению с естественным светом, лазерный свет очень интенсивный, монохроматический, когерентный и направленный.
Лазерный свет - это результат атомного стимулированного излучения. Когда атомы возбуждаются энергией от источника накачки, они могут перейти в высокоэнергетическое состояние. Если они сталкиваются с внешним фотоном определенной частоты, то испускают идентичный фотон. Этот процесс заставляет большее количество атомов переходить и производить тот же фотон, что приводит к стимулированному излучению и получению лазерного света.
Частота, фаза, направление распространения и состояние поляризации фотонов, создаваемых стимулированным излучением и внешними фотонами, абсолютно одинаковы, поэтому лазерное излучение обладает уникальными характеристиками высокой интенсивности, высокой монохроматичности, высокой когерентности и высокой направленности.
Схема перехода на атомный энергетический уровень
Схема процесса стимулированного излучения
Коммерческое использование лазерных технологий началось в 1970-х годах и с тех пор стремительно развивается. В 1917 году Эйнштейн впервые предложил концепцию стимулированного излучения. Первый в мире рубин полупроводниковый лазер была представлена в 1960 году.
В 1970-х годах лазерная технология вошла в коммерческую эру и с тех пор продолжает развиваться и расширяться. После изучения взаимодействия лазерных лучей с веществом применение лазерной технологии расширилось и увеличилось, особенно в промышленном секторе. В 1990-х гг, промышленные применения лазера Технология вошла в стадию высокоскоростного развития.
История развития лазерных технологий
Высокая интенсивность, хорошая монохроматичность, хорошая когерентность и хорошая направленность лазерного излучения определяют два основных сценария его применения: энергетический лазер и информационный лазер.
Энергетический лазер:
Лазерная технология известна своей высокой плотностью энергии, что делает ее идеальной для различных применений, таких как обработка материалов, оружие, медицина и другие.
Информационный лазер:
Хорошая монохроматичность и направленность лазера делают его пригодным для передачи информации (оптическая связь) и измерения расстояний (оптические измерения). Оптическая связь имеет ряд преимуществ перед традиционной электрической связью, таких как высокая пропускная способность, возможность передачи данных на большие расстояния, повышенная конфиденциальность и легкость.
Лазерная обработка является ярким примером технологии прецизионной обработки, рост которой во многом обусловлен заменой традиционных методов обработки.
По сравнению с другими методами обработки лазерная обработка обладает рядом преимуществ, среди которых высокая эффективность, высокая точность, низкое энергопотребление, минимальная деформация материала и простота управления.
Эти преимущества можно объяснить двумя ключевыми факторами характеристики лазера обработка: бесконтактная обработка и высокая плотность энергии.
Бесконтактная обработка:
При лазерной обработке обработка завершается за счет тепла, выделяемого при взаимодействии лазера с материалом, при этом физический контакт между обрабатывающим инструментом и материалом отсутствует. Это исключает силовое воздействие на обрабатываемый материал и приводит к относительно низким остаточное напряжение. Кроме того, малый диаметр лазерного луча позволяет добиться высокой точности.
Высокая плотность энергии:
Плотность мощности при лазерной обработке может достигать более 107 Вт/см^2, что в тысячи и даже десятки тысяч раз выше, чем при других методах обработки, таких как пламя и дуга. Такая высокая плотность мощности позволяет лазеру обрабатывать небольшой участок материала, не затрагивая окружающую область, что приводит к повышению точности и эффективности обработки.
Многоточечное преимущество
Лазер - важнейший компонент генерации лазерного излучения и основной элемент лазерного оборудования.
Стоимость лазера обычно составляет 20-40% от общей стоимости всего комплекта оборудования для лазерной обработки, а в некоторых случаях она может быть и выше.
Лазер - это место, где происходят процессы накачки и стимулированного излучения. Типичный лазер состоит из нескольких частей, включая рабочий материал лазера (который излучает энергию), источник накачки (который обеспечивает энергию) и оптический резонатор (который способствует распространению энергии).
Основная структурная схема лазера
Существует несколько методов классификации лазеров, но наиболее распространены четыре из них:
Рабочая субстанция:
Лазеры можно классифицировать по типу используемого в них рабочего вещества: газовые, твердотельные, жидкостные (на красителях), полупроводниковые, эксимерные и другие.
В газовых лазерах в качестве рабочего вещества используется газ. Примерами распространенных газовых лазеров являются CO2 лазеры, He-Ne лазеры, аргон-ионные лазеры, He-Cd лазеры, лазеры на парах меди и различные эксимерные лазеры. CO2 Лазеры особенно широко используются в промышленности.
CO2 лазер
Твердотельные лазеры:
В твердотельных лазерах ионы металлов, способные создавать вынужденное излучение, легируются в кристалл и используются в качестве рабочего материала. Обычно используются такие кристаллы, как рубин, корунд, алюминиевый гранат (широко известный как YAG), тунгстат кальция, фторид кальция, алюминат иттрия и бериллат лантана. В настоящее время YAG является наиболее широко используемым кристаллом в твердотельных лазерах.
Твердотельный лазер
Жидкий лазер:
В жидкостных лазерах рабочим веществом является раствор, образующийся при растворении органических красителей в таких жидкостях, как этанол, метанол или вода.
Полупроводниковые лазеры:
Полупроводниковые лазеры, также известные как лазерные диоды, используют в качестве рабочего материала полупроводниковые материалы, такие как арсенид галлия (GaAs), сульфид кадмия (CDS), фосфид индия (INP) и сульфид цинка (ZnS).
Полупроводниковые лазеры
Волоконный лазер:
В волоконном лазере в качестве рабочего материала используется стекловолокно, легированное редкоземельными элементами. Волоконные лазеры - это лазеры, использующие волокно в качестве среды для генерации лазерного излучения.
Волоконный лазер
Волоконный лазер известен как "лазер третьего поколения" благодаря своим исключительным характеристикам:
(1) Малый объем, гибкость, низкое отношение объема к площади и высокая скорость фотоэлектрического преобразования волокна приводят к созданию миниатюрного, усиленного и высокоэффективного с точки зрения рассеивания тепла и фотоэлектрического преобразования волоконного лазера.
(2) Лазерный выход волоконного лазера может быть получен непосредственно из волокна, что делает волоконный лазер очень адаптированным для обработки приложений в любом пространстве.
(3) Структура волоконного лазера, в которой отсутствуют оптические линзы в резонансной полости, обеспечивает такие преимущества, как простота использования, низкая стоимость обслуживания и высокая стабильность.
(4) Качество луча волоконного лазера также является исключительным.
| Типы лазеров | Типичный тип | Длина волны лазера | Максимальная выходная мощность | Эффективность преобразования энергии | Характеристики |
| Газовый лазер | CO2 лазер | О 10.6um инфракрасный | 1-20 кВт | 8%～10% | Хорошая монохроматичность и высокая эффективность преобразования энергии |
| Жидкостный лазер | Лазер на красителе 6G | От ультрафиолетового до инфракрасного | – | 5%～20% | Длина волны на выходе плавно регулируется, мощность преобразования энергии высока, легко готовится и дешева |
| Твердотельные лазеры | YAG / рубиновый лазер | От видимого до ближнего инфракрасного диапазона | 0,5-5 кВт | 0.5%～1% | Низкая выходная мощность, низкий коэффициент преобразования энергии и хорошая монохроматичность. |
| Полупроводниковые лазеры | GaAs диодный лазер | 100nm-1.65um | 0,5-20 кВт, двухмерный массив может достигать 350 кВт | 20% - 40%, лаборатория 70% | Высокая мощность преобразования энергии, небольшой объем, малый вес, простая конструкция, длительный срок службы и низкая монохроматичность. |
| Волоконный лазер | Импульсный / КВТ волоконный лазер | 1.46um-1.65um | 0,5-20 кВт | 30%-40% | Миниатюризация, усиление, высокая эффективность преобразования, высокий выход энергии, высокое качество луча, отсутствие оптической коллимации и меньшее обслуживание. |
Лазеры можно разделить на три типа: лазеры непрерывного действия, импульсные лазеры и квазинепрерывные лазеры.
Импульсные лазеры можно дополнительно классифицировать по длительности импульса: миллисекундный лазер, микросекундный лазер, наносекундный лазер, пикосекундный лазерФемтосекундный лазер и аттосекундный лазер.
Лазер непрерывного действия:
Этот тип лазера выдает стабильную форму волны энергии непрерывно в течение всего времени работы и обладает высокой мощностью. Он подходит для обработки материалов с большим объемом и высокой температурой плавления, например металлических пластин.
Импульсный лазер:
В зависимости от длительности импульса импульсные лазеры можно разделить на миллисекундные, микросекундные, наносекундные, пикосекундные, фемтосекундные и аттосекундные. Фемтосекундные и аттосекундные лазеры принято называть сверхбыстрыми лазерами.
Хотя мощность импульсных лазеров ниже по сравнению с непрерывными лазерами, точность обработки выше. Как правило, чем меньше ширина импульса, тем выше точность обработки.
Квазинепрерывный лазер:
Этот тип лазера находится между непрерывным и импульсным лазером, где высокая энергия лазера может выдаваться многократно в течение определенного периода времени.
| Метод классификации | Категория Лазеры | Характеристики |
|---|---|---|
| Классификация по режиму работы | КВТ-лазер | Возбуждение рабочего материала и соответствующий лазерный выход могут осуществляться непрерывно в большом диапазоне времени |
| Импульсный лазер | Это лазер с длительностью одного лазерного импульса менее 0,25 секунды, работающий только один раз с определенным интервалом. Он имеет большую выходную пиковую мощность и подходит для лазерной маркировки, резки и определения дальности. | |
| Классификация по ширине импульса | Миллисекундный (MS) лазер | 10-3S |
| Микросекундный (американский) лазер | 10-6S | |
| Наносекундный (НС) лазер | 10-9S | |
| Пикосекундный (PS) лазер | 10-12S | |
| Фемтосекундный (FS) лазер | 10-15S |
Лазеры можно разделить на несколько типов в зависимости от длины волны: Рентгеновские лазеры, ультрафиолетовые лазеры, инфракрасные лазеры, лазеры видимого диапазона и т.д.
Лазеры можно разделить на три категории в зависимости от их мощности: маломощные (1500 Вт).
Классификация лазеров
Среди основных поставщиков лазеров на рынке - Coherent, IPG Photonics, n-Light, Newport Corporation, TRUMPF, Rofin (сейчас дочерняя компания Coherent), DILAS, SPI Lasers (сейчас принадлежит TRUMPF), Mitsubishi Electric, Kawasaki Heavy Industries, MAX Photonics, JPT Optoelectronics, Raycus Волоконные лазеры, лазеры Fei Bo, лазеры Guoke, лазеры Anpin и лазеры HFB.
Вы также можете обратиться к верхней части производители станков лазерной резки для справки.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
ID 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO 
TR