Ταξινόμηση λέιζερ Τα λέιζερ μπορούν να ταξινομηθούν με δύο τρόπους.Το ένα είναι η ταξινόμηση από την υλική κατάσταση του ενεργοποιημένου μέσου.Αυτό μπορεί να χωριστεί σε λέιζερ αερίου, υγρού, στερεού και ημιαγωγών.Όλοι οι τύποι λέιζερ έχουν τα δικά τους χαρακτηριστικά.Η μονοχρωματικότητα των λέιζερ αερίου είναι έντονη.Για παράδειγμα, η μονοχρωματικότητα των λέιζερ ηλίου-νέον είναι 100 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή των συνηθισμένων πηγών φωτός και τα λέιζερ αερίου έχουν μεγάλη ποικιλία λειτουργικών ουσιών, έτσι ώστε να μπορούν να παράγουν λέιζερ πολλών διαφορετικών συχνοτήτων.Ωστόσο, λόγω της χαμηλής πυκνότητας αερίου, η ισχύς εξόδου του λέιζερ είναι αντίστοιχα μικρή.Αντίθετα, το λέιζερ στερεάς κατάστασης έχει υψηλή ενέργεια και υψηλή ισχύ εξόδου, αλλά υπάρχουν λίγοι τύποι ουσιών εργασίας και κακή μονοχρωματικότητα.Το μεγαλύτερο χαρακτηριστικό του υγρού λέιζερ είναι ότι το μήκος κύματος του λέιζερ μπορεί να είναι Συνεχής μετασχηματισμός μέσα σε ένα συγκεκριμένο εύρος.Αυτό το είδος λέιζερ είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για περιπτώσεις με αυστηρές απαιτήσεις για το μήκος κύματος λέιζερ.Τα λέιζερ ημιαγωγών χαρακτηρίζονται από μικρό μέγεθος, μικρό βάρος και απλή δομή, αλλά η ισχύς εξόδου είναι μικρή και η μονοχρωματικότητα είναι φτωχή.Μια άλλη μέθοδος ταξινόμησης είναι η ταξινόμηση σύμφωνα με τη δομή των σωματιδίων του ενεργού μέσου, το οποίο μπορεί να χωριστεί σε άτομα, ιόντα, μόρια και λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων.Τα λέιζερ ηλίου-νέον παράγουν λέιζερ που εκπέμπονται από άτομα νέον και τα λέιζερ ρουμπίνι παράγουν λέιζερ που εκπέμπονται από ιόντα χρωμίου.Υπάρχουν επίσης μοριακά λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα, των οποίων η συχνότητα μπορεί να αλλάζει συνεχώς.Και μπορεί να καλύψει ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων.Διαφορετική είναι και η μέθοδος ενεργοποίησης του μέσου σε διάφορα λέιζερ.Υπάρχουν γενικά τρεις μέθοδοι: η χρήση φωτός υψηλής έντασης, ηλεκτρονίων από μια φορτισμένη πηγή ενέργειας και μια τρίτη, λιγότερο συχνά χρησιμοποιούμενη μέθοδος, η πυρηνική ακτινοβολία.
Λέιζερ που χρησιμοποιούνται στις επικοινωνίες με οπτικές ίνες Στις επικοινωνίες με οπτικές ίνες, υπάρχουν τρεις τύποι πηγών φωτός: λέιζερ ημιαγωγών, δίοδοι εκπομπής φωτός ημιαγωγών και λέιζερ μη ημιαγωγών.Στο πραγματικό σύστημα επικοινωνίας οπτικών ινών, συνήθως επιλέγονται τα δύο πρώτα.Αντί για λέιζερ ημιαγωγών, όπως λέιζερ αερίου, λέιζερ στερεάς κατάστασης, κ.λπ., αν και είναι οι πρώτες συνεκτικές πηγές φωτός, δεν είναι κατάλληλα για χρήση με μικρές οπτικές ίνες λόγω του μεγάλου μεγέθους τους και χρησιμοποιούνται μόνο σε ορισμένες ειδικές μέρη.
Λέιζερ ημιαγωγών Τα λέιζερ ημιαγωγών είναι δίοδοι λέιζερ, που δηλώνονται ως LD.Εφευρέθηκε από τον πρώην Σοβιετικό επιστήμονα H.Γ.Basov το 1960. Η δομή ενός λέιζερ ημιαγωγών συνήθως αποτελείται από ένα στρώμα P, ένα στρώμα Ν και ένα ενεργό στρώμα που σχηματίζει μια διπλή ετεροσύνδεση.Η εκπομπή φωτός των λέιζερ ημιαγωγών βασίζεται στην αρχή της διεγερμένης εκπομπής φωτός.Τα περισσότερα ηλεκτρόνια στην κατάσταση κατανομής αντιστροφής πληθυσμού θα εκπέμπουν φωτόνια συγχρονισμένα όταν διεγείρονται από εξωτερικά προσπίπτοντα φωτόνια.Τα διεγερμένα φωτόνια ακτινοβολίας και τα προσπίπτοντα φωτόνια δεν έχουν μόνο το ίδιο μήκος κύματος, αλλά και την ίδια φάση και κατεύθυνση.Με αυτόν τον τρόπο, το ισχυρό φως εκπομπής λαμβάνεται με διέγερση από ασθενές προσπίπτον φως, το οποίο παίζει ρόλο ενίσχυσης του φωτός.Ωστόσο, η λειτουργία οπτικής ενίσχυσης από μόνη της δεν μπορεί να σχηματίσει οπτική ταλάντωση.Ακριβώς όπως ένας ταλαντωτής σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα, μόνο η συνάρτηση ενίσχυσης δεν μπορεί να δημιουργήσει ηλεκτρική ταλάντωση και ένα κύκλωμα θετικής ανάδρασης πρέπει να σχεδιαστεί έτσι ώστε η ισχύς που χάνεται στο κύκλωμα να μπορεί να αντισταθμιστεί από την ενισχυμένη ισχύ.Ομοίως, στο λέιζερ, δανείζεται επίσης η ιδέα ανάδρασης του ηλεκτρονικού κυκλώματος και ένα μέρος του ενισχυμένου φωτός ανατροφοδοτείται για περαιτέρω ενίσχυση, δημιουργία ταλάντωσης και εκπομπή φωτός λέιζερ.Τέτοια όργανα που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη ενισχυμένης ανάδρασης φωτός ονομάζονται οπτικοί συντονιστές.Τα πλεονεκτήματα των λέιζερ ημιαγωγών: μικρό μέγεθος, υψηλή απόδοση σύζευξης, γρήγορη ταχύτητα απόκρισης, μήκος κύματος και μέγεθος προσαρμοσμένο στο μέγεθος της ίνας, άμεση διαμόρφωση και καλή συνοχή.
Δίοδοι εκπομπής φωτός ημιαγωγών Παρόμοια με τα λέιζερ ημιαγωγών, οι δίοδοι εκπομπής φωτός ημιαγωγών είναι επίσης μια σύνδεση PN και χρησιμοποιούν επίσης μια εξωτερική τροφοδοσία για την έγχυση ηλεκτρονίων στη διασταύρωση PN για να εκπέμπουν φως.Οι δίοδοι εκπομπής φωτός ημιαγωγών αναφέρονται ως LED, τα οποία αποτελούνται από ένα στρώμα P που σχηματίζεται από έναν ημιαγωγό τύπου P, ένα στρώμα N που σχηματίζεται από έναν ημιαγωγό τύπου Ν και ένα ενεργό στρώμα που σχηματίζεται από μια διπλή ετεροδομή στη μέση.Το ενεργό στρώμα είναι μια περιοχή που εκπέμπει φως και το πάχος του είναι περίπου 0,1 έως 0,2 μm.
Οι δομικές ανοχές των διόδων εκπομπής φωτός ημιαγωγών δεν είναι τόσο στενές όσο αυτές των λέιζερ και δεν υπάρχουν συντονιστές.Έτσι, το φως που εκπέμπεται δεν είναι φως λέιζερ, αλλά φθορισμός.Τα LED είναι συσκευές που λειτουργούν με εφαρμοσμένη τάση προς τα εμπρός.Κάτω από τη δράση της μπροστινής πόλωσης, τα ηλεκτρόνια στην περιοχή Ν θα διαχέονται στη θετική κατεύθυνση και θα εισέλθουν στο ενεργό στρώμα, και οι οπές στην περιοχή P θα διαχέονται επίσης προς την αρνητική κατεύθυνση και θα εισέλθουν στο ενεργό στρώμα.Τα ηλεκτρόνια και οι οπές που εισέρχονται στο ενεργό στρώμα παγιδεύονται στο ενεργό στρώμα λόγω της επίδρασης του φραγμού ετεροσύνδεσης, σχηματίζοντας μια κατανομή αντιστροφής πληθυσμού.Αυτά τα ηλεκτρόνια με κατανομή αντιστροφής πληθυσμού στο ενεργό στρώμα θα δημιουργήσουν αυθόρμητη εκπομπή φωτός όταν ανασυνδυαστούν με οπές κατά τη μετάβαση.Οι δίοδοι εκπομπής φωτός ημιαγωγών είναι απλές στη δομή, μικρού μεγέθους, μικρού ρεύματος λειτουργίας, εύχρηστες και χαμηλού κόστους, επομένως χρησιμοποιούνται ευρέως σε οπτοηλεκτρονικά συστήματα.
Υπάρχουν πολλοί τρόποι ταξινόμησης των λέιζερ, οι οποίοι μπορούν να χωριστούν ανάλογα με το υλικό που κόβει, σύμφωνα με την ισχύ του και σύμφωνα με τη ζώνη συχνοτήτων.Ο εξοπλισμός λέιζερ μπορεί να χωριστεί σε ορατό φως, υπέρυθρο, υπεριώδες, ακτίνες Χ και πολλαπλά μήκη κύματος που μπορούν να συντονιστούν ανάλογα με τη ζώνη μήκους κύματος.Προς το παρόν, βιομηχανικά λέιζερ υπέρυθρων και υπεριωδών ακτίνων, όπως λέιζερ υπερύθρου CO2 10,64um, υπέρυθρο λέιζερ με αντλία λέιζερ YAG 1,064um, υπέρυθρο λέιζερ με αντλία λάμπας xenon, υπέρυθρο λέιζερ YAG 1,064um, λέιζερ πλευρικής αντλίας ημιαγωγού YAG4frared.1.
Υπάρχουν πολλοί τύποι λέιζερ, τα οποία μπορούν να χωριστούν σε τύπους στερεών, αερίων, υγρών, ημιαγωγών και βαφής:
(1) Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης είναι γενικά μικρά και ανθεκτικά, με υψηλή ισχύ παλμικής ακτινοβολίας και ευρύ φάσμα εφαρμογών.Όπως: λέιζερ Nd:YAG.Το Nd (νεοδύμιο) είναι ένα στοιχείο σπανίων γαιών, το YAG σημαίνει γρανάτης αλουμινίου υττρίου και η κρυσταλλική του δομή είναι παρόμοια με το ρουμπίνι.
(2) Το λέιζερ ημιαγωγών είναι μικρό σε μέγεθος, ελαφρύ σε βάρος, μεγάλη διάρκεια ζωής και απλό στη δομή, και είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για χρήση σε αεροσκάφη, πολεμικά πλοία, οχήματα και διαστημόπλοια.Τα λέιζερ ημιαγωγών μπορούν να αλλάξουν το μήκος κύματος του φωτός λέιζερ μέσω εξωτερικών ηλεκτρικών πεδίων, μαγνητικών πεδίων, θερμοκρασίας, πίεσης κ.λπ., και μπορούν να μετατρέψουν απευθείας την ηλεκτρική ενέργεια σε ενέργεια λέιζερ, έτσι αναπτύσσονται γρήγορα.
( 3 ) Το λέιζερ αερίου χρησιμοποιεί αέριο ως ουσία εργασίας και έχει καλή μονοχρωματικότητα και συνοχή.Το μήκος κύματος λέιζερ μπορεί να φτάσει χιλιάδες είδη και χρησιμοποιείται ευρέως.Το λέιζερ αερίου έχει απλή δομή, χαμηλό κόστος και βολική λειτουργία.Χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία και τη γεωργία, την ιατρική, τις μετρήσεις ακριβείας, την ολογραφική τεχνολογία κ.λπ. Τα λέιζερ αερίου έχουν διάφορες μεθόδους διέγερσης όπως ηλεκτρική ενέργεια, θερμική ενέργεια, χημική ενέργεια, φωτεινή ενέργεια και πυρηνική ενέργεια.
(4) Τα λέιζερ βαφής με υγρές βαφές ως ουσίες εργασίας κυκλοφόρησαν το 1966 και χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορα επιστημονικά ερευνητικά πεδία.Υπάρχουν περίπου 500 είδη βαφών που μπορούν να παράγουν φως λέιζερ.Αυτές οι βαφές είναι διαλυτές σε αλκοόλη, βενζόλιο, ακετόνη, νερό ή άλλα διαλύματα.Μπορούν επίσης να περιέχονται σε οργανικά πλαστικά σε στερεή μορφή, ή να εξαχνωθούν σε ατμό, σε αέρια μορφή.Ως εκ τούτου, τα λέιζερ βαφής ονομάζονται επίσης "υγρά λέιζερ".Το εξαιρετικό χαρακτηριστικό των λέιζερ βαφής είναι ότι το μήκος κύματος είναι συνεχώς συντονιζόμενο.Διατίθεται μεγάλη ποικιλία λέιζερ καυσίμου με χαμηλό κόστος, υψηλή απόδοση και ισχύ εξόδου συγκρίσιμη με τα λέιζερ αερίου και στερεάς κατάστασης για εφαρμογές στη φασματοσκοπική φασματοσκοπία, τη φωτοχημεία, την ιατρική περίθαλψη και τη γεωργία.
(5) Υπάρχουν πολλοί τύποι λέιζερ υπερύθρων με μεγάλο εύρος εφαρμογής.Είναι ένας νέος τύπος πηγής υπέρυθρης ακτινοβολίας, που χαρακτηρίζεται από υψηλή ένταση ακτινοβολίας, καλή μονοχρωματικότητα, καλή συνοχή και ισχυρή κατευθυντικότητα.
(6) Τα λέιζερ ακτίνων Χ έχουν σημαντική αξία στην επιστημονική έρευνα και τις στρατιωτικές υποθέσεις και έχουν πλεονεκτήματα στα αντιπυραυλικά όπλα λέιζερ.Οι βιολόγοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν λέιζερ ακτίνων Χ για να μελετήσουν τις μοριακές δομές σε ζωντανούς ιστούς ή να μάθουν περισσότερα για τις λειτουργίες των κυττάρων.χρησιμοποιήστε λέιζερ ακτίνων Χ για τη λήψη φωτογραφιών μοριακών δομών, με αποτέλεσμα βιομοριακές εικόνες υψηλής αντίθεσης.
(7) Χημικά λέιζερ Ορισμένες χημικές αντιδράσεις παράγουν αρκετά άτομα υψηλής ενέργειας για να απελευθερώσουν μεγάλη ενέργεια, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή δράσης λέιζερ.
(8) Λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων Αυτοί οι τύποι λέιζερ είναι πιο κατάλληλοι για παραγωγή ακτινοβολίας πολύ υψηλής ισχύος από άλλους τύπους.Ο μηχανισμός λειτουργίας του είναι διαφορετικός.Λαμβάνει δεκάδες εκατομμύρια βολτ δέσμες ηλεκτρονίων προσαρμογής υψηλής ενέργειας από τον επιταχυντή και διέρχεται από το περιοδικό μαγνητικό πεδίο για να σχηματίσει ενεργειακά επίπεδα διαφορετικών ενεργειακών καταστάσεων και να δημιουργήσει διεγερμένη ακτινοβολία.
(9) Λέιζερ Excimer, λέιζερ κατευθυνόμενων κυμάτων με ίνες κ.λπ.
Επισκόπηση αρχής λέιζερ και εφαρμογή
Το λέιζερ είναι μια συσκευή που εκπέμπει φως λέιζερ.Ο πρώτος κβαντικός ενισχυτής μικροκυμάτων κατασκευάστηκε το 1954 και ελήφθη μια εξαιρετικά συνεκτική δέσμη μικροκυμάτων.Το 1958, οι AL Xiaoluo και CH Townes επέκτειναν την αρχή του κβαντικού ενισχυτή μικροκυμάτων στην οπτική περιοχή συχνοτήτων και επεσήμαναν τη μέθοδο παραγωγής λέιζερ.Το 1960 ο TH Maiman και άλλοι κατασκεύασαν το πρώτο ρουμπινί λέιζερ.Το 1961, οι A. Jia Wen et al κατασκεύασαν ένα λέιζερ ηλίου-νέον.Το 1962, ο RN Hall και άλλοι δημιούργησαν το λέιζερ ημιαγωγών αρσενιδίου του γαλλίου.Από τότε, υπάρχουν όλο και περισσότεροι τύποι λέιζερ.Σύμφωνα με το μέσο εργασίας, τα λέιζερ μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις κατηγορίες: λέιζερ αερίου, λέιζερ στερεάς κατάστασης, λέιζερ ημιαγωγών και λέιζερ βαφής.Πρόσφατα, αναπτύχθηκαν επίσης λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων.Το μέσο εργασίας είναι μια δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής ταχύτητας που κινείται σε περιοδικό μαγνητικό πεδίο.Το μήκος κύματος του λέιζερ μπορεί να καλύψει μια ευρεία ζώνη από τα μικροκύματα έως τις ακτίνες Χ.Σύμφωνα με τον τρόπο λειτουργίας, υπάρχουν διάφοροι τύποι όπως συνεχής, παλμικός, με μεταγωγή Q και εξαιρετικά βραχύς παλμικός.Τα λέιζερ υψηλής ισχύος έχουν συνήθως παλμική έξοδο.Υπάρχουν χιλιάδες μήκη κύματος λέιζερ που εκπέμπονται από διάφορους τύπους λέιζερ.Το μεγαλύτερο μήκος κύματος είναι 0,7 mm στη ζώνη μικροκυμάτων και το μικρότερο μήκος κύματος είναι 210 angstroms στην μακρινή υπεριώδη περιοχή.Τα λέιζερ στη ζώνη ακτίνων Χ μελετώνται επίσης.
Εκτός από τα λέιζερ ελεύθερων ηλεκτρονίων, η βασική αρχή λειτουργίας των διαφόρων λέιζερ είναι η ίδια και τα βασικά εξαρτήματα της συσκευής περιλαμβάνουν διέγερση (ή άντληση), ένα μέσο εργασίας με μετασταθερά επίπεδα ενέργειας και έναν συντονιστή (βλ. Οπτικό Αντηχείο) 3 μέρη.Διέγερση είναι η διέγερση του μέσου εργασίας σε διεγερμένη κατάσταση μετά την απορρόφηση της εξωτερικής ενέργειας, τη δημιουργία συνθηκών για την πραγματοποίηση και τη διατήρηση της πληθυσμιακής αντιστροφής.Οι μέθοδοι διέγερσης περιλαμβάνουν οπτική διέγερση, ηλεκτρική διέγερση, χημική διέγερση και διέγερση πυρηνικής ενέργειας.Το μέσο εργασίας έχει ένα μετασταθερό επίπεδο ενέργειας έτσι ώστε η διεγερμένη εκπομπή να κυριαρχεί, επιτυγχάνοντας έτσι οπτική ενίσχυση.Ο συντονιστής μπορεί να κάνει τα φωτόνια στην κοιλότητα να έχουν την ίδια συχνότητα, φάση και κατεύθυνση λειτουργίας, έτσι ώστε το λέιζερ να έχει καλή κατευθυντικότητα και συνοχή.
Το υλικό εργασίας με λέιζερ αναφέρεται στο σύστημα υλικού που χρησιμοποιείται για την επίτευξη αντιστροφής αριθμού σωματιδίων και τη δημιουργία διεγερμένης ακτινοβολίας ενίσχυσης του φωτός, που μερικές φορές ονομάζεται επίσης μέσο κέρδους λέιζερ, το οποίο μπορεί να είναι στερεό (κρύσταλλος, γυαλί), αέριο (ατομικό αέριο, ιονικό αέριο), μοριακά αέρια ), ημιαγωγούς και υγρά.Η κύρια απαίτηση για το υλικό εργασίας λέιζερ είναι να επιτυγχάνεται όσο το δυνατόν μεγαλύτερος βαθμός αναστροφής πληθυσμού μεταξύ των ειδικών ενεργειακών επιπέδων των σωματιδίων εργασίας του και να διατηρείται αυτή η αναστροφή όσο το δυνατόν πιο αποτελεσματικά κατά τη διάρκεια ολόκληρης της διαδικασίας εκπομπής λέιζερ.Για το σκοπό αυτό, η ουσία εργασίας απαιτείται να έχει κατάλληλη δομή και χαρακτηριστικά μετάπτωσης σε επίπεδο ενέργειας.
Το σύστημα διέγερσης (αντλίας) αναφέρεται σε μηχανισμό ή συσκευή που παρέχει μια πηγή ενέργειας για την πραγματοποίηση και τη διατήρηση της πληθυσμιακής αναστροφής του υλικού εργασίας λέιζερ.Ανάλογα με το υλικό εργασίας και τις συνθήκες λειτουργίας του λέιζερ, μπορούν να υιοθετηθούν διαφορετικές μέθοδοι διέγερσης και συσκευές διέγερσης και οι ακόλουθες τέσσερις είναι κοινές.① Οπτική διέγερση (οπτική αντλία).Ολόκληρη η συσκευή διέγερσης συνήθως αποτελείται από μια φωτεινή πηγή εκκένωσης αερίου (όπως λάμπα xenon, λαμπτήρα κρυπτών) και έναν συμπυκνωτή.②Διέγερση εκκένωσης αερίου.Η αντιστροφή του αριθμού σωματιδίων πραγματοποιείται με τη διαδικασία εκκένωσης αερίου που λαμβάνει χώρα στην ουσία που λειτουργεί με αέριο.Ολόκληρη η συσκευή διέγερσης συνήθως αποτελείται από ένα ηλεκτρόδιο εκκένωσης και μια πηγή ισχύος εκφόρτισης.③ χημικά κίνητρα.Η αντιστροφή του αριθμού σωματιδίων επιτυγχάνεται με τη χρήση της διαδικασίας χημικής αντίδρασης που λαμβάνει χώρα στο εσωτερικό της ουσίας εργασίας και συνήθως απαιτεί κατάλληλα χημικά αντιδρώντα και αντίστοιχα μέτρα έναρξης.④ Κίνητρα για την πυρηνική ενέργεια.Χρησιμοποιεί θραύσματα σχάσης, σωματίδια υψηλής ενέργειας ή ακτινοβολία που παράγεται από μικρές αντιδράσεις πυρηνικής σχάσης για να διεγείρει τις εργαζόμενες ουσίες και να επιτύχει την αντιστροφή του πληθυσμού.
Οι κοιλότητες οπτικού συντονισμού συνήθως αποτελούνται από δύο κάτοπτρα με συγκεκριμένα γεωμετρικά σχήματα και χαρακτηριστικά οπτικής ανάκλασης συνδυασμένα με συγκεκριμένο τρόπο.Οι λειτουργίες είναι: ① Παρέχετε δυνατότητα οπτικής ανάδρασης, έτσι ώστε τα διεγερμένα φωτόνια ακτινοβολίας να ταξιδεύουν εμπρός και πίσω στην κοιλότητα πολλές φορές για να σχηματίσουν μια συνεκτική συνεχή ταλάντωση.② Η κατεύθυνση και η συχνότητα της παλινδρομικής ταλαντούμενης δέσμης στην κοιλότητα περιορίζονται για να διασφαλιστεί ότι το λέιζερ εξόδου έχει μια ορισμένη κατευθυντικότητα και μονοχρωματικότητα.Η επίδραση της κοιλότητας συντονισμού ① καθορίζεται από τη γεωμετρία (ακτίνα καμπυλότητας της ανακλώσας επιφάνειας) και τον σχετικό συνδυασμό των δύο κατόπτρων που συνήθως αποτελούν την κοιλότητα.Διαφορετικές συχνότητες φωτός έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά επιλεκτικής απώλειας.
Πολλά κοινά λέιζερ και οι χρήσεις τους περιγράφονται ως εξής:
Nd: Laser YAG, 1064nm, λέιζερ στερεάς κατάστασης, η μέγιστη ισχύς εξόδου του συνεχούς λέιζερ είναι 1000W, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κοπή μετάλλων με λέιζερ.
Ho: YAG, λέιζερ στερεάς κατάστασης που παράγει ασφαλή για τα μάτια λέιζερ 2097nm και 2091nm για ραντάρ και ιατρικές εφαρμογές.
Λέιζερ He-Ne, 632,8 nm, λέιζερ αερίου, ισχύς αρκετών mW, χρησιμοποιείται για ευθυγράμμιση, τοποθέτηση, ολογραφία κ.λπ.
Λέιζερ CO2, λέιζερ αερίου, μήκος κύματος εξόδου 10,6um, χρησιμοποιείται ευρέως στην επεξεργασία λέιζερ, την ιατρική, την ατμοσφαιρική επικοινωνία και άλλες στρατιωτικές εφαρμογές.
Μοριακό λέιζερ N2, λέιζερ αερίου, υπεριώδες φως εξόδου, η μέγιστη ισχύς μπορεί να φτάσει δεκάδες μεγαβάτ, το πλάτος παλμού είναι μικρότερο από 10ns και η συχνότητα επανάληψης είναι δεκάδες έως kilohertz.Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή αντλίας για ρυθμιζόμενα λέιζερ καυσίμου και μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για ανάλυση φθορισμού., ανίχνευση ρύπανσης κ.λπ.
Υπάρχουν περίπου τρεις αρχές για την επίτευξη συντονισμού μήκους κύματος λέιζερ.Τα περισσότερα συντονίσιμα λέιζερ χρησιμοποιούν λειτουργικές ουσίες με ευρείες γραμμές φθορισμού.Οι συντονιστές που αποτελούν το λέιζερ έχουν πολύ χαμηλές απώλειες μόνο σε ένα πολύ στενό εύρος μήκους κύματος.Επομένως, το πρώτο είναι να αλλάξουμε το μήκος κύματος του φωτός λέιζερ αλλάζοντας το μήκος κύματος που αντιστοιχεί στην περιοχή χαμηλών απωλειών του συντονιστή από ορισμένα στοιχεία (όπως σχάρες).Το δεύτερο είναι να μετατοπίσουμε το επίπεδο ενέργειας της μετάβασης λέιζερ αλλάζοντας κάποιες εξωτερικές παραμέτρους (όπως μαγνητικό πεδίο, θερμοκρασία κ.λπ.).Το τρίτο είναι η χρήση μη γραμμικών εφέ για την επίτευξη μετατροπής και συντονισμού μήκους κύματος (βλέπε μη γραμμική οπτική, διεγερμένη σκέδαση Raman, διπλασιασμός οπτικής συχνότητας και οπτική παραμετρική ταλάντωση).Τα τυπικά λέιζερ που ανήκουν στην πρώτη μέθοδο συντονισμού περιλαμβάνουν λέιζερ βαφής, λέιζερ χρυσοβερυλίου, λέιζερ έγχρωμου κέντρου, συντονίσιμα λέιζερ αερίου υψηλής πίεσης και συντονίσιμα λέιζερ excimer.
Τα συντονιζόμενα λέιζερ χωρίζονται κυρίως σε: τεχνολογία ελέγχου ρεύματος, τεχνολογία ελέγχου θερμοκρασίας και τεχνολογία μηχανικού ελέγχου όσον αφορά την τεχνολογία υλοποίησης.
Μεταξύ αυτών, η τεχνολογία ηλεκτρονικού ελέγχου πραγματοποιεί συντονισμό μήκους κύματος αλλάζοντας το ρεύμα έγχυσης.Έχει ταχύτητα συντονισμού σε επίπεδο ns και μεγάλο εύρος ζώνης συντονισμού, αλλά η ισχύς εξόδου είναι μικρή.Βοηθητική σχάρα κατευθυντική σύζευξη ανάκλασης δειγματοληψίας) λέιζερ.Η τεχνολογία ελέγχου θερμοκρασίας αλλάζει το μήκος κύματος εξόδου του λέιζερ αλλάζοντας τον δείκτη διάθλασης της ενεργού περιοχής του λέιζερ.Η τεχνική είναι απλή, αλλά αργή και έχει περιορισμένο εύρος ζώνης με δυνατότητα συντονισμού μόνο μερικών nm.Με βάση την τεχνολογία ελέγχου θερμοκρασίας, υπάρχουν κυρίως λέιζερ DFB (κατανεμημένη ανάδραση) και DBR (κατανεμημένη ανάκλαση Bragg).Ο μηχανικός έλεγχος βασίζεται κυρίως στην τεχνολογία MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) για την ολοκλήρωση της επιλογής μήκους κύματος, με μεγάλο ρυθμιζόμενο εύρος ζώνης και υψηλή ισχύ εξόδου.Με βάση την τεχνολογία μηχανικού ελέγχου, υπάρχουν κυρίως DFB (κατανεμημένη ανάδραση), ECL (λέιζερ εξωτερικής κοιλότητας) και VCSEL (λέιζερ εκπομπής κάθετης επιφάνειας κοιλότητας) και άλλες δομές.Οι αρχές των συντονίσιμων λέιζερ από αυτές τις πτυχές εξηγούνται παρακάτω.
Βασισμένο στην τρέχουσα τεχνολογία ελέγχου
Η γενική αρχή που βασίζεται στην τεχνολογία ελέγχου ρεύματος είναι η αλλαγή του ρεύματος του πλέγματος ινών και του τμήματος ελέγχου φάσης σε διαφορετικές θέσεις στο συντονιζόμενο λέιζερ, έτσι ώστε ο σχετικός δείκτης διάθλασης του πλέγματος ινών να αλλάξει, με αποτέλεσμα διαφορετικά φάσματα, τα οποία είναι που δημιουργούνται από διαφορετικές περιοχές του πλέγματος ινών.Η υπέρθεση διαφορετικών φασμάτων επιλέγει ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος, δημιουργώντας έτσι το επιθυμητό συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός λέιζερ.
Ένα ρυθμιζόμενο λέιζερ που βασίζεται στην τρέχουσα τεχνολογία ελέγχου υιοθετεί τη δομή SGDBR (Sampled Grating Distributed Bragg Reflector).
Αυτός ο τύπος λέιζερ χωρίζεται κυρίως σε μια περιοχή ενίσχυσης ημιαγωγών, μια μπροστινή περιοχή πλέγματος Bragg, μια ενεργή περιοχή, μια περιοχή ρύθμισης φάσης και μια πίσω περιοχή εσχάρας Bragg.Η μπροστινή περιοχή σχάρας Bragg, η περιοχή ρύθμισης φάσης και η πίσω περιοχή πλέγματος Bragg αντιστοίχως αλλάζουν τη δομή της μοριακής κατανομής της περιοχής μέσω διαφορετικών ρευμάτων, αλλάζοντας έτσι τα περιοδικά χαρακτηριστικά του πλέγματος Bragg.
Για το φάσμα που παράγεται στην ενεργό περιοχή (Ενεργό), το φάσμα με μικρή διαφορά στην κατανομή συχνότητας σχηματίζεται στην μπροστινή περιοχή πλέγματος Bragg και στην πίσω περιοχή πλέγματος Bragg αντίστοιχα.Για το απαιτούμενο συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός λέιζερ, το συντονιζόμενο λέιζερ εφαρμόζει διαφορετικά ρεύματα στο μπροστινό πλέγμα Bragg και στο πίσω πλέγμα Bragg αντίστοιχα, έτσι ώστε μόνο το συγκεκριμένο μήκος κύματος να επικαλύπτεται και άλλα μήκη κύματος να μην επικαλύπτουν το φάσμα σε αυτές τις δύο περιοχές, έτσι ώστε το μπορούν να εξάγονται τα απαιτούμενα συγκεκριμένα μήκη κύματος.Ταυτόχρονα, το λέιζερ περιλαμβάνει επίσης μια περιοχή ενισχυτή ημιαγωγών, έτσι ώστε η ισχύς φωτός λέιζερ εξόδου συγκεκριμένου μήκους κύματος να μπορεί να φτάσει τα 100mW ή τα 20mW.
Βασίζεται στην τεχνολογία μηχανικού ελέγχου
Με βάση την τεχνολογία μηχανικού ελέγχου, το MEMS χρησιμοποιείται γενικά για την επίτευξη.Ένα ρυθμιζόμενο λέιζερ που βασίζεται στην τεχνολογία μηχανικού ελέγχου υιοθετεί τη δομή MEMs-DFB.
Τα ρυθμιζόμενα λέιζερ περιλαμβάνουν κυρίως συστοιχίες λέιζερ DFB, ανακλινόμενους καθρέφτες MEM και άλλα εξαρτήματα ελέγχου και βοηθητικά.
Για την περιοχή της συστοιχίας λέιζερ DFB υπάρχουν αρκετές συστοιχίες λέιζερ DFB, καθεμία από τις οποίες μπορεί να δημιουργήσει συγκεκριμένα μήκη κύματος σε διαστήματα 25 Ghz σε εύρος ζώνης περίπου 1,0 nm.Το απαιτούμενο ειδικό μήκος κύματος επιλέγεται ελέγχοντας τη γωνία περιστροφής του φακού MEMs, έτσι ώστε να εξάγεται το απαιτούμενο συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός.
Ένα άλλο συντονίσιμο λέιζερ βασισμένο στη σειρά ML δομής VCSEL, ο σχεδιασμός του βασίζεται σε οπτικά αντλούμενο λέιζερ κάθετης επιφάνειας κοιλότητας που εκπέμπει, χρησιμοποιώντας τεχνολογία ημισυμμετρικής κοιλότητας, χρησιμοποιώντας MEMS για επίτευξη συνεχούς συντονισμού μήκους κύματος.Ταυτόχρονα, μεγάλη οπτική ισχύς εξόδου και ευρεία φασματική περιοχή συντονισμού μπορούν να ληφθούν με αυτήν τη μέθοδο και το θερμίστορ και το TEC συσκευάζονται μαζί για να έχουν σταθερή έξοδο σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών.Ένας ελεγκτής μήκους κύματος ευρείας ζώνης είναι ενσωματωμένος στο ίδιο πακέτο για ακριβή έλεγχο συχνότητας, ενώ ο ανιχνευτής οπτικής ισχύος με χρήση στο μπροστινό μέρος και ο οπτικός απομονωτής χρησιμοποιούνται για την παροχή σταθερής ισχύος εξόδου.Αυτό το ρυθμιζόμενο λέιζερ μπορεί να προσφέρει οπτική ισχύ 10/20 mW τόσο στη ζώνη C όσο και στη ζώνη L.
Το κύριο μειονέκτημα των συντονίσιμων λέιζερ που βασίζονται σε αυτή την αρχή είναι ότι ο χρόνος συντονισμού είναι σχετικά αργός, απαιτώντας γενικά χρόνο σταθεροποίησης συντονισμού αρκετών δευτερολέπτων.
Βασίζεται στην τεχνολογία ελέγχου θερμοκρασίας
Η τεχνολογία ελέγχου με βάση τη θερμοκρασία χρησιμοποιείται κυρίως στη δομή DFB.Η αρχή είναι η ρύθμιση της θερμοκρασίας στην κοιλότητα του λέιζερ έτσι ώστε να μπορεί να εκπέμπει διαφορετικά μήκη κύματος.
Η προσαρμογή του μήκους κύματος ενός ρυθμιζόμενου λέιζερ που βασίζεται σε αυτήν την τεχνολογία αρχής πραγματοποιείται ελέγχοντας το λέιζερ InGaAsP DFB ώστε να λειτουργεί στους -5–50℃.Η μονάδα διαθέτει ενσωματωμένο FP etalon και ανίχνευση οπτικής ισχύος και το λέιζερ συνεχούς εξόδου φωτός μπορεί να κλειδωθεί στο πλέγμα των 50 GHz που καθορίζεται από την ITU.Υπάρχουν δύο ανεξάρτητα TEC στη μονάδα, το ένα χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του μήκους κύματος του λέιζερ και το άλλο χρησιμοποιείται για τη διασφάλιση της σταθερής λειτουργίας θερμοκρασίας του κλειδαριού μήκους κύματος και του ανιχνευτή ανίχνευσης ισχύος στη μονάδα.Η μονάδα διαθέτει επίσης ενσωματωμένο SOA για την ενίσχυση της οπτικής ισχύος εξόδου.
Το μειονέκτημα αυτής της τεχνολογίας ελέγχου είναι ότι το πλάτος συντονισμού μιας μονάδας δεν είναι ευρύ, γενικά μόνο μερικά nm, και ο χρόνος συντονισμού είναι σχετικά μεγάλος, απαιτώντας γενικά χρόνο σταθεροποίησης συντονισμού αρκετών δευτερολέπτων.
Επί του παρόντος, τα συντονίσιμα λέιζερ χρησιμοποιούν βασικά την τεχνολογία ελέγχου ρεύματος, την τεχνολογία ελέγχου θερμοκρασίας ή την τεχνολογία μηχανικού ελέγχου και ορισμένοι προμηθευτές μπορεί να χρησιμοποιούν μία ή και τις δύο από αυτές τις τεχνολογίες.Φυσικά, καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται, ενδέχεται να προκύψουν και άλλες νέες τεχνολογίες ελέγχου με δυνατότητα ρύθμισης λέιζερ.
Παρακαλώ αναφέρετε την πηγή.
FANUCI Professionalμηχανή συγκόλλησης με λέιζερ&μηχανή καθαρισμού λέιζερκατασκευαστής.Ακολουθήστε μας για νέα ενημερωμένα βίντεο κάθε εβδομάδα!
Ώρα δημοσίευσης: 26 Ιουλίου 2022
