Công nghệ laze Golden Century Excellent (Giang su) Công nghệ Laze Co., Lt.

Trang Chủ / Tin tức / tin tức công ty / Giới thiệu về lý thuyết, phân loại và ứng dụng laser

Giới thiệu về lý thuyết, phân loại và ứng dụng laser

Số Duyệt:0     CỦA:trang web biên tập     đăng: 2019-09-18      Nguồn:Site

Laser - thiết bị phát ra tia laser.

Bộ khuếch đại lượng tử vi sóng đầu tiên được chế tạo vào năm 1954 và chùm tia vi sóng có độ kết hợp cao.

Năm 1958, A.L. scholl và C.H. điều chỉnh áp dụng nguyên lý của bộ khuếch đại lượng tử vi sóng cho dải tần số ánh sáng. Năm 1960, T.H. maiman et al. thực hiện tia laser ruby ​​đầu tiên.

Năm 1961, a. jarvin et al. đã tạo ra một tia laser.

Năm 1962, R.N. hội trường et al. tạo ra laser bán dẫn gallium arsenide.

Trong tương lai, sẽ ngày càng có nhiều loại laser.

Theo môi trường làm việc, laser có thể được chia thành bốn loại: laser khí, laser rắn, laser bán dẫn và laser nhuộm.

Gần đây, laser điện tử miễn phí đã được phát triển. Laser công suất cao thường được phát xung.

I. nguyên tắc:

Tất cả các loại laser đều có cùng các nguyên tắc hoạt động cơ bản ngoại trừ laser điện tử tự do. Điều kiện thiết yếu để sản xuất laser là đảo ngược số hạt và đạt được sự mất mát. Do đó, thành phần không thể thiếu của thiết bị có hai phần: nguồn kích thích (hoặc bơm) và môi trường làm việc với mức năng lượng siêu bền.

Kích thích là sự kích thích của môi trường làm việc sau khi hấp thụ năng lượng lạ vào trạng thái kích thích, để đạt được và duy trì các điều kiện đảo ngược số hạt.

Có khuyến khích quang, điện, hóa học và hạt nhân.

Mức năng lượng có thể thay đổi của môi trường làm việc làm cho bức xạ kích thích chiếm ưu thế, do đó thực hiện khuếch đại quang học.

Các thành phần phổ biến của laser bao gồm khoang cộng hưởng, nhưng khoang (xem khoang quang học) không phải là thành phần thiết yếu. Khoang cho phép các photon trong khoang có tần số, pha và hướng hoạt động nhất quán, do đó mang lại cho laser khả năng định hướng và kết hợp tốt.

Hơn nữa, nó có thể rút ngắn chiều dài của vật liệu làm việc và điều chỉnh chế độ của laser được tạo ra bằng cách thay đổi độ dài của khoang (tức là lựa chọn chế độ). Do đó, hầu hết các laser có khoang cộng hưởng.

Chất làm việc bằng laser

Thuật ngữ này đề cập đến hệ thống chất được sử dụng để thực hiện đảo ngược số hạt và tạo ra ánh sáng bằng cách khuếch đại bức xạ kích thích, đôi khi còn được gọi là môi trường khuếch đại laser, chúng có thể là chất rắn (tinh thể, thủy tinh), khí (khí nguyên tử, khí ion, khí phân tử), chất bán dẫn và môi trường lỏng.

Yêu cầu chính đối với vật liệu gia công laser là phải đạt được mức độ đảo ngược số hạt lớn giữa các mức năng lượng cụ thể của các hạt làm việc và giữ cho phép đảo ngược hiệu quả nhất có thể trong toàn bộ quá trình phát xạ laser.

Do đó, đòi hỏi chất làm việc phải có cấu trúc mức năng lượng phù hợp và đặc điểm chuyển tiếp.

3. Hệ thống bơm kích thích

Có nghĩa là một cơ chế hoặc thiết bị cung cấp năng lượng cho một chất làm việc bằng laser để nhận ra và duy trì sự đảo ngược số hạt.

Tùy thuộc vào chất làm việc và điều kiện hoạt động của laser, các phương pháp và thiết bị kích thích khác nhau có thể được áp dụng.

Quang dẫn (bơm ánh sáng).

Toàn bộ thiết bị kích thích thường bao gồm các nguồn ánh sáng xả khí (như đèn xenon, đèn krypton) và bộ tập trung. Phương pháp kích thích này còn được gọi là bơm đèn.

, kích thích xả khí.

Toàn bộ thiết bị kích thích thường bao gồm điện cực phóng điện và nguồn điện phóng điện.

Hóa học.

Sự đảo ngược số hạt đạt được bằng cách sử dụng quá trình phản ứng hóa học xảy ra trong chất làm việc, thường đòi hỏi các chất phản ứng hóa học thích hợp và các biện pháp khởi đầu tương ứng.

Năng lượng hạt nhân.

Các mảnh phân hạch, các hạt năng lượng cao hoặc bức xạ được tạo ra bởi các phản ứng phân hạch hạt nhân nhỏ được sử dụng để kích thích vật liệu làm việc và nhận ra sự đảo ngược số hạt.

Khoang quang

Nó thường bao gồm hai gương với các thuộc tính hình học và quang học nhất định.

Hiệu quả là cung cấp thông tin phản hồi quang học để các photon bức xạ bị kích thích di chuyển qua lại trong khoang nhiều lần để tạo thành các dao động liên tục kết hợp.

Hướng và tần số của các chùm dao động trong khoang được giới hạn để đảm bảo rằng laser đầu ra có hướng và đơn sắc.

Hiệu ứng khoang được xác định bởi hình dạng hình học (bán kính cong của bề mặt phản chiếu) và sự kết hợp tương đối của hai gương thường tạo thành khoang.

Các lực được xác định bởi các đặc tính tổn thất chọn lọc của các hướng di chuyển khác nhau và tần số ánh sáng khác nhau trong một loại khoang nhất định.

Có nhiều loại laser.

Trong phần sau, việc phân loại chất làm việc laser, chế độ kích thích, chế độ hoạt động và phạm vi bước sóng đầu ra sẽ được giới thiệu.

Chất làm việc

Tất cả các laser có thể được chia thành các loại sau theo các trạng thái vật lý khác nhau của chất làm việc: laser rắn còn lại (tinh thể và thủy tinh).

Laser khí là một chất khí, và nó có thể được chia thành laser khí nguyên tử, laser khí ion, laser khí phân tử và laser khí excimer theo các tính chất khác nhau của các hạt làm việc trong khí thực sự tạo ra phát xạ kích thích.

Các chất làm việc được sử dụng bởi loại laser này bao gồm dung dịch nhuộm huỳnh quang hữu cơ và dung dịch hợp chất vô cơ chứa các ion kim loại đất hiếm, trong đó các ion kim loại (như Nd) hoạt động như các hạt làm việc và chất lỏng hợp chất vô cơ (như SeOCl2) đóng vai trò là chất nền.

(4) laser bán dẫn, laser là một vật liệu bán dẫn có vai trò là chất làm việc được tạo ra bởi sự phát xạ kích thích, nguyên tắc của nó là thông qua các khuyến khích nhất định (bơm phun điện, ánh sáng hoặc tia điện tử năng lượng cao), giữa khoảng cách dải vật liệu bán dẫn hoặc giữa dải và mức tạp chất, bằng cách kích thích chất mang và cân bằng đảo ngược dân số, vai trò của ánh sáng được tạo ra bởi sự phát xạ kích thích của bức xạ;

(5) laser điện tử tự do, đây là một loại laser mới đặc biệt, là vật liệu làm việc cho sự thay đổi định kỳ trong không gian của chuyển động tốc độ cao trong chùm electron tự do định hướng từ trường, miễn là tốc độ thay đổi của chùm electron tự do về nguyên tắc, có thể tạo ra bức xạ điện từ kết hợp có thể điều chỉnh, về nguyên tắc, phổ bức xạ kết hợp có thể chuyển từ bước sóng tia X sang vùng vi sóng, vì vậy nó rất có triển vọng.

Vi. Ưu đãi

Laser bơm ánh sáng.

Đề cập đến các laser được bơm bằng ánh sáng, bao gồm hầu hết tất cả các laser rắn và lỏng, cũng như một vài laser và khí bán dẫn.

Một laser kích thích điện.

Hầu hết các laser khí được kích thích bởi phóng khí (xả dc, xả ac, phóng xung, phun chùm electron), trong khi hầu hết các laser bán dẫn phổ biến được cung cấp năng lượng bằng cách phun dòng tiếp giáp. Một số laser bán dẫn cũng có thể bị kích thích bằng cách tiêm chùm tia điện tử năng lượng cao.

Laser hóa học.

Đây là một tia laser sử dụng năng lượng được giải phóng bởi các phản ứng hóa học để kích thích vật liệu làm việc. Các phản ứng hóa học có thể được kích hoạt bằng ánh sáng, thải hoặc kích hoạt hóa học tương ứng.

Là laser bơm hạt nhân.

Một loại laser đặc biệt, chẳng hạn như laser helium-argon được bơm hạt nhân, sử dụng năng lượng được giải phóng bởi một phản ứng phân hạch hạt nhân nhỏ để kích thích vật liệu làm việc.

Vii. Chế độ hoạt động

Do các vật liệu làm việc khác nhau, chế độ kích thích và mục đích ứng dụng, chế độ hoạt động và trạng thái làm việc của laser là khác nhau, có thể được chia thành các loại chính sau.

Laser liên tục được đặc trưng bởi sự kích thích của chất làm việc và đầu ra laser tương ứng, có thể được thực hiện liên tục trong một khoảng thời gian dài. Laser rắn bị kích thích bởi nguồn sáng liên tục và laser khí và laser bán dẫn được vận hành bởi sự kích thích điện liên tục thuộc loại này.

Do hiệu ứng quá nhiệt không thể tránh khỏi của các thiết bị khi hoạt động liên tục, hầu hết chúng cần có biện pháp làm mát thích hợp.

(2) một loại laser xung đơn, đối với loại laser này, khuyến khích vật chất và phát xạ laser tương ứng, từ lúc đó là một quá trình của xung đơn, laser trạng thái rắn nói chung, laser lỏng, cũng như một số laser khí đặc biệt, áp dụng bằng cách này, hiệu ứng làm nóng của thiết bị tại thời điểm này có thể bị bỏ qua, vì vậy nó không thể thực hiện các biện pháp làm mát đặc biệt.

(3) laser xung lặp đi lặp lại, các thiết bị như vậy được đặc trưng bởi đầu ra của nó là một chuỗi xung laser lặp đi lặp lại, do đó, thiết bị có thể được khuyến khích thích hợp, dưới dạng xung lặp hoặc động lực trên cơ sở quá trình dao động laser điều chế liên tục nhưng trong một cách nhất định, để có được đầu ra laser xung lặp đi lặp lại, thường cũng đòi hỏi các biện pháp làm mát hiệu quả được thực hiện cho thiết bị.

(4) laser, đặc biệt đề cập đến việc áp dụng một công nghệ chuyển mạch nhất định để đạt được công suất cao của laser xung, nguyên lý làm việc của nó là ở trạng thái làm việc của vật chất đảo ngược không tạo ra nó sau khi hình thành dao động phát sáng ( công tắc đã đóng), sau khi chờ các hạt tích lũy đến mức đủ cao, đột nhiên công tắc tức thời, có thể trong một khoảng thời gian tương đối ngắn (ví dụ 10 ~ 10 giây) tạo thành dao động laser rất mạnh và laser xung công suất cao đầu ra (xem '\"class = link> công nghệ laser).

(5) Laser bị khóa chế độ, là một loại laser đặc biệt được sử dụng công nghệ khóa chế độ, có công việc đặc trưng bởi khoang cộng hưởng có mối quan hệ pha xác định giữa các chế độ dọc khác nhau, do đó có thể thu được một loạt các góc nhìn cách đều nhau trong thời gian laser xung ultrashort, chuỗi độ rộng 10 đến 10 giây), nếu tiếp tục áp dụng công nghệ chuyển đổi quang nhanh đặc biệt, từ việc lựa chọn chuỗi xung đơn của xung laser ultrashort (xem công nghệ laser khóa chế độ).

6 chế độ đơn và ổn định tần số laser, laser chế độ đơn đề cập đến việc áp dụng một giới hạn nhất định sau khi công nghệ khuôn ở trạng thái chế độ ngang đơn hoặc hoạt động ở chế độ dọc đơn của laser, các biện pháp ổn định tần số laser đề cập đến việc áp dụng một số điều khiển tự động nhất định bước sóng đầu ra laser hoặc ổn định tần số theo độ chính xác nhất định trong phạm vi của các thiết bị laser đặc biệt, trong một số trường hợp, cũng có thể được chế tạo thành cả hoạt động ở chế độ đơn và laser đặc biệt có khả năng điều khiển ổn định tần số tự động (xem phần công nghệ ổn định tần số laser).

Nói chung, bước sóng đầu ra của laser có thể điều chỉnh được cố định, nhưng bước sóng đầu ra của một số laser có thể được thay đổi trong một phạm vi liên tục và có thể kiểm soát bằng cách sử dụng một kỹ thuật điều chỉnh đặc biệt. Loại laser này được gọi là laser có thể điều chỉnh (xem kỹ thuật điều chỉnh laser).

Dải tần

Các loại laser khác nhau có thể được chia thành các loại sau theo phạm vi bước sóng của laser đầu ra.

Phạm vi bước sóng đầu ra của laser hồng ngoại xa là từ 25 ~ 1000 micron. Đầu ra laser của một số laser khí phân tử và laser điện tử tự do rơi vào khu vực này.

Laser nir dùng để chỉ một thiết bị laser có bước sóng laser đầu ra nằm ở vùng hồng ngoại giữa (2,5 ~ 25 micron), được biểu thị bằng laser khí phân tử CO (10,6 micron) và laser khí phân tử CO (5 ~ 6 micron).

Laser cận hồng ngoại thụ động là một thiết bị laser có bước sóng laser đầu ra ở vùng cận hồng ngoại (0,75 ~ 2,5 micron), được biểu thị bằng laser rắn pha tạp neodymium (1,06 micron), laser diode bán dẫn CaAs (khoảng 0,8 micron) và một số laser khí.

(4) laser có thể nhìn thấy, đề cập đến bước sóng laser đầu ra trong dải phổ khả kiến ​​(4000 ~ 7000 hoặc 0,4 ~ 0,7 micron) của thiết bị laser, đại diện cho laser ruby ​​(6943), laser he-ne (6328), argon laser ion (4880, 5145), laser ion krypton (4762, 5208, 5682, 6471) và một số laser nhuộm có thể điều chỉnh, v.v.

Laser gần tia cực tím, có dải bước sóng laser đầu ra nằm trong vùng phổ cực gần (2000-4000 angstroms), được biểu thị bằng laser phân tử nitơ (3371 angstroms) laser excimer xenon (XeF) (3511 angstroms, 3531 angstroms) , laser excimer krypton fluoride (KrF) (2490 angstroms) và một số laser nhuộm điều chỉnh.

Phạm vi bước sóng của laser đầu ra nằm trong vùng phổ tử ngoại chân không (50 ~ 2000 angstrom), được biểu thị bằng laser phân tử (H) (1644 ~ 1098 angstrom), laser excimer (Xe) (1730 angstrom), v.v.

X-quang mềm đã được phát triển, nhưng vẫn đang trong giai đoạn thăm dò.

Ix. Mục đích chính

Laser là một trong những thành phần cốt lõi cần thiết trong hệ thống xử lý laser hiện đại.

Với sự phát triển của công nghệ xử lý laser, laser đã được phát triển và nhiều loại laser mới đã xuất hiện.

Các laser xử lý laser ban đầu là laser khí CO2 công suất cao và laser YAG rắn được bơm ánh sáng.

Từ lịch sử phát triển của công nghệ xử lý laser, tia laser đầu tiên xuất hiện vào giữa những năm 1970 được niêm phong bằng ống laser CO2. Cho đến nay, laser CO2 làm mát bằng khuếch tán thế hệ thứ năm đã xuất hiện.

Có thể thấy từ sự phát triển rằng laser CO2 ban đầu nghiêng về hướng phát triển để cải thiện công suất laser. Tuy nhiên, khi công suất laser đạt đến một yêu cầu nhất định, chất lượng chùm tia của laser được thực hiện nghiêm túc và sự phát triển của laser được chuyển sang chất lượng chùm tia có khả năng điều chỉnh cao.

Laser CO2 làm mát khuếch tán xuất hiện gần giới hạn nhiễu xạ có chất lượng chùm tia tốt và được sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong lĩnh vực cắt laser, được nhiều doanh nghiệp ưa chuộng.

Đầu thế kỷ 21, một loại laser bán dẫn laser mới khác đã xuất hiện.

So với laser rắn CO2 và YAG công suất cao truyền thống, laser bán dẫn có những lợi thế kỹ thuật rõ ràng, như đề cập đến nhỏ, trọng lượng nhẹ, hiệu quả cao, tiêu thụ năng lượng thấp, tuổi thọ cao và hấp thụ kim loại cao của laser bán dẫn, với sự phát triển liên tục của công nghệ laser bán dẫn, laser bán dẫn dựa trên laser rắn khác, chẳng hạn như laser sợi quang, laser trạng thái rắn bơm bán dẫn, chẳng hạn như phát triển laser tấm cũng rất nhanh chóng.

Trong số đó, laser sợi phát triển nhanh chóng, đặc biệt là laser sợi pha tạp đất hiếm nên được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực truyền thông sợi, cảm biến sợi và xử lý vật liệu laser.

Do đặc điểm nổi bật của nó, laser đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, đo lường và phát hiện chính xác, truyền thông và xử lý thông tin, điều trị y tế và quân sự, và đã tạo ra những bước đột phá mang tính cách mạng trong nhiều lĩnh vực.

Trong quân đội, laser đã được sử dụng để liên lạc, nhìn đêm, cảnh báo sớm, phạm vi và các khía cạnh khác, nhiều loại vũ khí laser và vũ khí dẫn đường laser cũng đã được đưa vào sử dụng.

1. Laser được sử dụng làm nguồn nhiệt.

Các chùm tia laser nhỏ và mang một nguồn năng lượng khổng lồ. Lấy nét bằng ống kính, chẳng hạn, có thể tập trung năng lượng vào một khu vực nhỏ và tạo ra lượng nhiệt khổng lồ.

Ví dụ, mọi người có thể sử dụng năng lượng laser tập trung và cực cao để xử lý các vật liệu khác nhau và khoan 200 lỗ trên kim.

Là một phương tiện để gây ra sự kích thích, biến đổi, bán manh và hóa hơi trên các sinh vật, laser đã đạt được kết quả tốt trong ứng dụng thực tế của y học và nông nghiệp.

2. Laser khác nhau.

Là một nguồn sáng tìm phạm vi, tia laser có thể đo khoảng cách rất xa do tính trực tiếp tốt, công suất cao và độ chính xác cao.

3. Giao tiếp bằng laser.

Trong thông tin liên lạc, một cáp quang sử dụng chùm tia laser để truyền tín hiệu có thể mang nhiều thông tin như 20.000 dây đồng.

4. Ứng dụng thu thập hạt nhân có kiểm soát trong không khí.

Bằng cách bắn tia laser vào hỗn hợp deuterium và triti, tia laser mang lại cho chúng một lượng năng lượng khổng lồ, tạo ra áp suất cao và nhiệt độ cao, khiến hai hạt nhân hợp nhất thành helium và neutron, đồng thời giải phóng một lượng năng lượng bức xạ khổng lồ .

Vì năng lượng laser có thể được kiểm soát, quá trình này được gọi là phản ứng tổng hợp hạt nhân có kiểm soát.

Trong tương lai, với sự nghiên cứu và phát triển hơn nữa của công nghệ laser, hiệu suất của laser sẽ được cải thiện hơn nữa và chi phí sẽ giảm hơn nữa, nhưng phạm vi ứng dụng của nó sẽ được mở rộng hơn nữa và nó sẽ đóng vai trò ngày càng lớn.


Chuyên môn là tham gia vào nghiên cứu và phát triển, sản xuất và bán thiết bị cắt laser sợi & CO2.

Theo chúng tôi

Tiếp xúc

+8618255368660

+860555-8286688

info@excent.cn

Đường Hangkong, Khu công nghiệp Xiancheng, thị trấn Xiannv, quận Jiangdu, thành phố Dương Châu, Trung Quốc.

Bản quyền © 2019 Golden Century Excellent (JiangSu) Công ty TNHH Công nghệ Thông minh Laser Tất cả quyền được bảo lưu WANICP 苏 ICP 备 20013052Công nghệ bởichì