Teknologi laser telah memasuki kehidupan manusia dari semua aspek, tetapi terdapat banyak jenis penjana laser, masing-masing dengan panjang gelombang yang berbeza dan ciri-ciri yang berbeza, jadi bidang aplikasi juga berbeza. Saya percaya bahawa kebanyakan orang berasa sedikit sakit kepala dalam menghadapi jenis penjana laser yang rumit. Oleh itu, artikel ini merumuskan dan menerangkan ciri dan aplikasi praktikal pelbagai jenis penjana laser satu demi satu.
Menurut media kerja yang berbeza, penjana laser dibahagikan kepada 6 jenis: keadaan pepejal, gas, pewarna, Diod, gentian, dan penjana laser elektron bebas. Antaranya, terdapat banyak subbahagian laser keadaan pepejal dan gas. Kecuali laser elektron bebas, prinsip kerja asas pelbagai laser adalah sama, termasuk sumber pam, resonator optik dan medium perolehan.
Penjana Laser Keadaan Pepejal
Dalam penjana laser keadaan pepejal, cahaya biasanya digunakan sebagai sumber pam, dan kristal atau kaca yang boleh menghasilkan cahaya dipanggil bahan kerja. Bahan ini terdiri daripada matriks dan ion diaktifkan. Bahan matriks menyediakan kewujudan dan persekitaran kerja yang sesuai untuk ion diaktifkan, dan ion diaktifkan melengkapkan proses penjanaan laser. Ion aktif yang biasa digunakan adalah terutamanya ion logam peralihan, seperti kromium, kobalt, nikel dan ion lain dan ion logam nadir bumi, seperti ion neodymium. Cermin yang disalut dengan filem dielektrik digunakan sebagai cermin resonator, salah satunya adalah cermin penuh dan satu lagi separuh cermin. Apabila menggunakan ion diaktifkan yang berbeza, bahan matriks yang berbeza dan panjang gelombang pengujaan cahaya yang berbeza, pelbagai laser dengan panjang gelombang yang berbeza akan dipancarkan.
Output panjang gelombang laser oleh penjana laser ruby ialah 694.3nm, dan kadar penukaran fotoelektrik adalah rendah, hanya 0.1%. Walau bagaimanapun, hayat pendarfluornya adalah panjang, yang kondusif untuk penyimpanan tenaga, dan ia boleh mengeluarkan kuasa puncak nadi yang tinggi. Laser yang dihasilkan oleh batang delima dengan ketebalan teras pen dan jari yang panjang boleh menembusi kepingan besi dengan mudah. Sebelum kemunculan sistem laser YAG yang lebih cekap, sistem laser delima digunakan secara meluas dalam pemotongan laser dan penggerudian. Di samping itu, cahaya 694nm mudah diserap oleh melanin, jadi laser delima juga digunakan dalam rawatan lesi berpigmen (bintik-bintik kulit).
Disebabkan sifat kristalnya, penjana laser Ti: Sapphire mempunyai julat boleh tala yang luas (iaitu julat panjang gelombang boleh tala), dan boleh mengeluarkan cahaya dengan panjang gelombang 660nm-1200nm mengikut keperluan. Ditambah dengan kematangan teknologi penggandaan frekuensi (yang boleh menggandakan frekuensi cahaya, iaitu mengurangkan separuh panjang gelombang), julat panjang gelombang boleh dilanjutkan kepada 330nm-600nm. Sistem laser nilam titanium digunakan dalam spektroskopi femto2nd, penyelidikan optik tak linear, penjanaan cahaya putih, penjanaan gelombang terahertz, dsb., dan juga mempunyai aplikasi dalam kecantikan perubatan.
YAG ialah singkatan yttrium aluminium garnet, yang merupakan matriks kristal laser yang paling baik pada masa ini. Selepas didop dengan neodymium (Nd), ia boleh mengeluarkan 1064nm ringan, dan kuasa keluaran berterusan maksimum boleh mencapai 1000w. Pada hari-hari awal, lampu kilat gas lengai digunakan sebagai sumber pam, tetapi kaedah pam lampu kilat mempunyai julat spektrum yang luas, kebetulan yang lemah dengan spektrum penyerapan medium keuntungan, dan beban haba yang besar, menghasilkan kadar penukaran fotoelektrik yang rendah. Jadi kini menggunakan pengepaman LD (Laser Diode), kecekapan tinggi, kuasa tinggi, dan jangka hayat yang panjang boleh dicapai. Penjana laser Nd:YAG boleh digunakan dalam rawatan hemangioma dan menghalang pertumbuhan tumor. Walau bagaimanapun, kerosakan haba pada tisu adalah tidak selektif. Semasa membekukan saluran darah tumor, tenaga yang berlebihan juga akan merosakkan tisu normal di sekelilingnya, dan mudah meninggalkan parut selepas pembedahan. Oleh itu, laser Nd:YAG kebanyakannya digunakan dalam pembedahan, ginekologi, ENT, dan kurang dalam dermatologi.
Yb: YAG, Ytterbium (Yb) didopkan ke dalam YAG, yang boleh mengeluarkan cahaya 1030nm. Panjang gelombang pam Yb:YAG ialah 941nm, yang sangat hampir dengan panjang gelombang keluaran, yang boleh mencapai kecekapan kuantum pam sebanyak 91.4%, dan haba yang dihasilkan oleh pam ditindas ke dalam 10% (kebanyakan tenaga input ditukar kepada tenaga keluaran, sebahagian kecil daripadanya menjadi haba, bermakna kecekapan penukaran adalah sangat tinggi), iaitu 25% kepada 30% daripada Nd:YAG. Yb:YAG telah menjadi salah satu media laser keadaan pepejal yang paling menarik, dan penjana laser keadaan pepejal Yb:YAG berkuasa tinggi yang dipam LD telah menjadi tempat liputan penyelidikan baharu, dan dianggap sebagai salah satu daripada penjana laser keadaan pepejal pembangunan yang berkecekapan tinggi dan berkuasa tinggi.
Sebagai tambahan kepada dua di atas, YAG juga boleh didopkan dengan holmium (Ho), erbium (Er), dll. Ho:YAG menghasilkan laser 2097nm dan 2091nm yang selamat untuk mata, terutamanya untuk komunikasi optik, radar dan aplikasi perubatan. Er:YAG mengeluarkan cahaya sebanyak 2.9 μm, dan tubuh manusia mempunyai kadar penyerapan yang tinggi bagi panjang gelombang ini, yang mempunyai potensi aplikasi yang besar untuk pembedahan laser dan pembedahan vaskular.
Penjana Laser Gas
Penjana laser gas adalah sistem laser yang menggunakan gas sebagai medium keuntungan, secara amnya mengepam pelepasan gas. Jenis-jenis gas termasuk gas atom (helium-neon, ion gas mulia, dan wap logam), gas molekul (nitrogen dan karbon dioksida), gas excimer, dan disediakan oleh tindak balas kimia.
Penjana laser HeNe (HeNe) menggunakan campuran 75% atau lebih He dan 15% atau kurang Ne sebagai medium keuntungan. Bergantung pada persekitaran kerja, ia boleh mengeluarkan hijau (543.5nm), kuning (594.1nm), oren (612.0nm), merah (632.8nm) dan 3 jenis cahaya inframerah-hampir (1152nm, 1523nm dan 3391nm), yang mana lampu merah yang paling biasa digunakan (632.8). Keluaran rasuk oleh penjana laser HeNe mempunyai taburan Gaussian, dan kualiti rasuk sangat stabil. Walaupun kuasanya tidak tinggi, ia mempunyai prestasi yang baik dalam bidang pengukuran ketepatan.
Penjana laser gas mulia biasa ialah ion argon (Ar+) dan ion kripton (Kr+). Kadar penukaran tenaganya boleh mencapai sehingga 0.6%, dan ia boleh mengeluarkan kuasa secara berterusan dan stabil sebanyak 30-50w untuk masa yang lama, dan jangka hayatnya melebihi 1000j. Terutamanya digunakan dalam paparan laser, spektroskopi Raman, holografi, optik tak linear dan bidang penyelidikan lain, serta diagnosis perubatan, pemisahan warna percetakan, pemprosesan bahan metrologi dan pemprosesan maklumat.
Penjana laser wap logam mengambil wap kuprum sebagai contoh. Penjana laser wap tembaga terutamanya mengeluarkan cahaya hijau (510.5nm) dan cahaya kuning (578.2nm), yang boleh mencapai kuasa purata 100w dan kuasa puncak 100kw. Kawasan aplikasi utamanya ialah sumber pam penjana laser pewarna. Selain itu, ia juga boleh digunakan untuk fotografi kilat berkelajuan tinggi, TV tayangan skrin besar dan pemprosesan bahan.
Penjana laser molekul nitrogen menggunakan nitrogen sebagai medium keuntungan, yang boleh memancarkan cahaya ultraviolet 337.1 nm, 357.7 nm dan 315.9 nm, dan kuasa puncak boleh mencapai 45kw. Ia boleh digunakan sebagai sumber cahaya pam untuk penjana laser pewarna organik, dan juga digunakan secara meluas dalam pemisahan laser isotop, diagnosis pendarfluor, fotografi berkelajuan ultra tinggi, pengesanan pencemaran, penjagaan perubatan dan kesihatan, dan pembiakan pertanian. Oleh kerana panjang gelombangnya yang pendek lebih mudah difokuskan untuk mendapatkan titik kecil, ia juga boleh digunakan untuk memproses komponen sub-mikron.
Media keuntungan yang digunakan dalam CO2 penjana laser ialah karbon dioksida bercampur dengan helium dan nitrogen, yang boleh mengeluarkan cahaya inframerah jauh berpusat pada 9.6 μm dan 10.6 μm panjang gelombang. Penjana mempunyai kadar penukaran tenaga yang tinggi, kuasa keluaran boleh berkisar dari beberapa watt hingga puluhan ribu watt, dan kualiti pancaran yang sangat tinggi menjadikan CO2 penjana laser digunakan secara meluas dalam pemprosesan bahan, penyelidikan saintifik, pertahanan negara dan perubatan. Anda akan bertemu berbeza CO2 pemotong laser and pengukir laser untuk mengukir & memotong kayu, MDF, papan lapis, fabrik, kulit, kaca, plastik dan akrilik dalam kehidupan dan perniagaan harian anda.
Excimer ialah molekul tidak stabil yang dipenuhi dengan campuran gas mulia yang berbeza dan gas halogen dalam resonator untuk menghasilkan laser dengan panjang gelombang yang berbeza. Pengujaan biasanya dicapai oleh rasuk elektron relativistik (tenaga lebih daripada 200 keV) atau dengan nyahcas nadi pantas melintang. Apabila ikatan molekul tidak stabil excimer keadaan teruja dipecahkan dan dipisahkan kepada atom keadaan tanah, tenaga keadaan teruja dibebaskan dalam bentuk sinaran laser. Ia digunakan secara meluas dalam perubatan, komunikasi optik, paparan semikonduktor, penderiaan jauh, senjata laser dan bidang lain.
Penjana laser kimia ialah sejenis sistem laser gas khas yang menggunakan tenaga yang dikeluarkan oleh tindak balas kimia untuk merealisasikan penyongsangan nombor zarah. Kebanyakannya berfungsi dalam mod peralihan molekul, dan julat panjang gelombang biasa adalah dalam kawasan spektrum inframerah hampir kepada inframerah pertengahan. Yang paling penting ialah peranti hidrogen fluorida (HF) dan deuterium fluorida (DF). Yang pertama boleh mengeluarkan lebih daripada 15 garisan spektrum antara 2.6 dan 3.3 mikron; yang kedua mempunyai kira-kira 25 garis spektrum antara 3.5 dan 4.2 mikron. Kedua-dua peranti pada masa ini mampu menghasilkan output berbilang megawatt. Kerana tenaganya yang besar, ia biasanya digunakan dalam bidang kejuruteraan nuklear dan ketenteraan.
Penjana Laser Pewarna
Penjana laser pewarna menggunakan pewarna organik sebagai medium laser, biasanya larutan cecair. Penjana laser pewarna biasanya boleh digunakan dalam julat panjang gelombang yang lebih luas daripada media laser gas dan keadaan pepejal. Lebar jalur lebar mereka menjadikannya sangat sesuai untuk penjana laser yang boleh dilaras dan berdenyut. Walau bagaimanapun, disebabkan hayat sederhana yang pendek dan kuasa keluaran yang terhad, ia pada dasarnya digantikan oleh laser keadaan pepejal boleh tala panjang gelombang seperti nilam titanium.
Penjana Laser Diod
Penjana laser diod ialah sistem laser yang menggunakan bahan semikonduktor sebagai bahan kerja. Terdapat 3 mod pengujaan: suntikan elektrik, pengujaan pancaran elektron dan pengepaman optik. Saiz kecil, harga rendah, kecekapan tinggi, hayat perkhidmatan yang panjang, penggunaan kuasa yang rendah, boleh digunakan dalam maklumat elektronik, percetakan laser, penunjuk laser, komunikasi optik, TV laser, projektor laser kecil, maklumat elektronik, optik bersepadu dan bidang lain.
Penjana Laser Fiber
Penjana laser gentian merujuk kepada sejenis sistem laser yang menggunakan gentian kaca terdop unsur nadir bumi sebagai medium perolehan. Ia digunakan secara meluas dalam percetakan logam dan bukan logam, penandaan, ukiran, penggerudian, pemotongan, pembersihan, kimpalan (brazing, pelindapkejutan air, pelapisan dan kimpalan dalam), ketenteraan, pertahanan dan keselamatan, peralatan perubatan, infrastruktur besar, dan sebagai pam untuk sumber laser lain. Anda akan bertemu pengukir laser gentian untuk teks dan corak yang diperibadikan, pemotong laser gentian untuk pembuatan logam, mesin pembersihan laser gentian untuk penyingkiran karat, pelucutan cat, dan penyingkiran salutan, mesin kimpalan laser gentian untuk sendi logam dalam hidup anda.
Penjana Laser Elektron Percuma
Penjana laser elektron bebas ialah jenis sumber sinaran koheren berkuasa tinggi baharu yang berbeza daripada penjana laser tradisional. Ia tidak memerlukan gas, cecair atau pepejal sebagai bahan kerja, tetapi secara langsung menukar tenaga kinetik pancaran elektron bertenaga tinggi kepada tenaga sinaran koheren. Oleh itu, ia juga boleh dianggap bahawa bahan kerja penjana laser elektron bebas adalah elektron bebas. Ia mempunyai satu siri ciri-ciri cemerlang seperti kuasa tinggi, kecekapan tinggi, pelbagai penalaan panjang gelombang dan struktur masa denyut ultra-pendek. Kecuali itu, tiada penjana laser yang boleh mempunyai ciri-ciri ini pada masa yang sama. Ia mempunyai prospek yang besar dalam bidang penyelidikan fizik, senjata laser, gabungan laser, fotokimia, dan komunikasi optik.
