За счет чего в газовых лазерах

СО2 лазер

Лазер co2 является одним из первых газовых лазеров. Первый co2 был разработан в 1964 году инженером-электриком Чандра Кумар Наранбхай Патель. На сегодняшний день газовые лазеры являются одними из самых мощных с непрерывной подачей излучения.

Для того чтобы ощутить всю мощность co2, необходимо рассмотреть принцип его работы.

Принцип газового лазера

Передача энергии накачки происходит с помощью молекул N2 (азота) к молекулам co2 (углекислого газа). В качестве активной среды, которая находится в трубке, используют смесь газов, а именно диоксид углерода (co2), азота (N2), гелия (Не), в некоторых случаях водорода (Н2), водяного пара или ксенона (Хе). Принцип работы заключается в том, что с помощью электрической накачки молекулы азота возбуждаются и переходят в метастабильное состояние, в котором передают свою энергию возбуждения молекулам co2. Молекула углерода переходит в возбужденное состояние и испускает на атомном уровне один фотон. Далее данный фотон сталкивается с атомами другой возбужденной молекулы co2, которая испускает уже два фотона. И так, в трубке образуется большое количество фотонов. Другие газы, например, гелий необходим для релаксации молекул и понижения тепла. Водяной пар или водород могут повторно окислить угарный газ, который образуется при разряде, в углекислый газ и реакция начнется заново. Далее, в трубке расположено два зеркала, одно сначала трубки непрозрачное, которое изготавливается, в основном, из меди (Cu), второе на выходе луча, полупрозрачное, изготавливается из алмаза, так как последний имеет высокую прочность, степень прозрачности и обеспечивает сохранность всей системы из-за нечувствительности к тепловым перепадам. Именно оно пропускает фотоны, но не все, а только их часть, чтобы в трубке оставалась другая часть данных частиц для воспроизведения себе подобных. Выходя из полупрозрачного зеркала, фотоны попадают сначала на пространственный фильтр, который очищает лазер от боковых мод, а потом на линзу, которая собирает частицы в прямой луч.

Плюс заключается в том, что все фотоны имеют одинаковую длину волны, движутся параллельно друг другу, поэтому лазерный луч не рассеивается, в отличие от обычного света. Современные лазерные станки co2 являются горизонтальными, поэтому для направления луча на материал используют систему зеркал, которые отражают луч под необходимым углом. Луч попадает на каретку, содержащую последнее зеркало под углом 90 градусов, которое направляет луч уже на материал.

Излучение в co2 происходит на длине волны в 10.6 мкм. Средняя мощность составляет от нескольких десятков ватт до нескольких киловатт.

Виды газовых лазеров

Преимущества СО2 лазера

Недостатки СО2 лазера

Как выбрать лазерный станок

Перед тем, как приобрести станок с co2 необходимо задать себе следующие вопросы:

I. Что вы будете делать?
II. Какой материал вы будете обрабатывать?
III. Какое рабочее поле необходимо?
IV. Какая должна быть комплектация станка?
V. Какое необходимо помещение?

I. Необходимо определить для каких целей станок будет приобретен. Например, для создания какого-либо продукта или оказания услуги. В зависимости от выбранной цели можно выбрать подходящий тип лазера, гравировальный аппарат, в случае если работа заключается в гравировки изделий, нанесение на поверхность материалов рисунков либо раскройщик, если необходима резка деталей. Также нужно определить какой объем производства будет запланирован: крупное производство, либо небольшое дело.

II. Материал. Все материалы имеют свои стандартные размеры. Станки также имеют определенные стандартные размеры. От размера материала напрямую зависит то, какое рабочее поле станка необходимо выбрать.

III. Рабочее поле. Все станки с co2 по размеру разделяются на следующие виды:

Широкоформатные
Рабочая зона – 2000х3000 мм;
Место – на производствах большого масштаба;
Размер – занимают большое пространство в помещении и требуют дополнительное место для размещения материалов и возможность помещения их на станок (для разворота листа материала и расположения его в станке);
Производительность – позволяет обрабатывать и создавать большое количество единиц продукции;
Подходят для резки или гравировки крупных материалов.

III.а. Глубина опускания стола

От глубины опускания стола зависит то, насколько толстый материал необходимо обработать.

Автоматизированные регулирующие столы необходимы, если осуществляется обработка материалов разной толщины. Данные столы имеют механизм опускания, который может быть оснащен либо ремнем, либо цепным приводом. Большой недостаток ремней заключается в том, что их необходимо постоянно регулировать, так как последние имеют свойство растягиваться;

Ручные – регулируются с помощью механического опускания посредством ручки.

Столы лазеров co2 делятся на несколько видов:

Качественный станок должен быть выполнен из толстого качественного железа. Если необходимо приобрести напольный станок, то последний должен иметь раму.

От мощности трубки зависит скорость ее работы и толщина материала, который возможно будет разрезать лазером из данной трубки. Мощность трубки co2 может быть от 40 Ватт до 400 Ватт.

В зависимости от мощности и от срока службы трубки разделают следующие станки:

Настольные станки:
Мощность – 40-50 Ватт
Срок службы трубки – 1500-3000 часов

Среднеформатные станки:
Мощность – 60-80 Ватт
Срок службы трубки – 6500-10000 часов

Мощность блока розжига должна соответствовать мощности лазерной трубки. То есть, мощность блока розжига должна быть не ниже, чем мощность трубки.

Резюмируя все вышеизложенное, можно сделать вывод, что лазеры co2 являются одними из самых мощных установок по резке, полировки и иной обработки материалов разной природы. Лазерные станки co2 не производят отходов так как режущим инструментом выступает лазер, образующийся на атомном уровне в газовой трубке. Для приобретения такой высокотехнологичной установки необходимо решить: для каких целей последняя приобретается, что будет обрабатывать станок, каких размеров, в каком объеме, а также заранее выбрать подходящее по размеру помещение.

Источник

Газовые лазеры: высокоэффективные и мощные лазерные установки для различных сфер применения

Лазерное оборудование широко используется в различных сферах деятельности человека, в том числе в промышленности, медицине, науке и образовании. Особую нишу занимают газовые лазеры – устройства, особенностью которых является использование газообразного вещества в качестве активной среды. Впервые они были созданы человеком около 60-ти лет назад. С тех пор такие приборы квантовой электроники прошли сложный путь эволюции и совершенствования, что позволило повысить их коэффициент полезного действия и безопасность в применении.

Если говорить о разновидностях лазерных установок, в которых в качестве активной среды применяется вещество, находящееся в газообразном состоянии, то в первую очередь к ним следует отнести химические газовые лазеры. В них основным источником получения энергии являются особые химические реакции, которые возникают между составными компонентами такой среды. Подобные устройства обладают достаточно высокой мощностью, благодаря чему получили широкое распространение в сфере промышленности, где используются для резки металлов и перфорации особо прочных материалов.

Конечно, когда речь заходит о газовых лазерах, нельзя ни отметить и широко востребованные эксимерные модели. Такие приборы создают узконаправленный поток излучения в ультрафиолетовом спектре. Само их название происходит от слова «эксимер», обозначающего возбужденный димер – основной элемент рабочего тела такого лазера. Устройство эксимерного типа широко используется в сфере медицины, в первую очередь в хирургии и офтальмологии.

В чем заключается принцип работы газового лазера?

В качестве активной среды в таких лазерных установках выступает технический газ (вещество, которое находится в газообразном состоянии при естественных для него условиях) или же испарения химических элементов, к примеру, металлов. Кроме того, в некоторых случаях могут применяться и специальные смеси газообразных веществ. Особенностью газа, являющегося активной средой в таких лазерах, является то, что он обладает достаточно высокой оптической однородностью. Благодаря этому само качество излучения у лазерных приборов газового типа считается более высоким по сравнению с аналогичными типами таких устройств.

Принцип работы газового лазера заключается в том, что активная газообразная среда накачивается с применением возникающих в ней электрических разрядов. В итоге возникающая в процессе такого явления электроны сталкиваются с атомами технического газа или пара химического вещества, что приводит их в возбуждение и становится причиной излучения фотонов. Создаваемые же электромагнитное излучение усиливается, проходя сквозь плазму газа. Само же направление движения световых волн регулируется за счет использования оптических резонаторов.

Какие газовые лазеры являются наиболее популярными?

Особое распространение в наше время получил так называемый CO₂ лазер. В таком устройстве в качестве активной среды применяется особая смесь нескольких технических газов, а именно:

Длина волны электромагнитного излучения у такого прибора составляет около 10 микрометров. Внутреннее устройство газового лазера данного типа отличается простотой и надежностью. Его основным функциональным элементом является герметичная трубка, выполненная из стекла, а также оборудованная оптическими резонаторами. Она заполняется смесью газов низкого давления. При помощи высоковольтного импульса постоянного тока происходит ионизация молекул газа, что приводит к созданию узконаправленного электромагнитного излучения высокой мощности.

Современные лазерные установки, основанные на использовании углекислого газа (и его смесей с другими газообразными веществами), обладают наибольшей универсальностью. Благодаря очень малому показателю расходимости луча их можно устанавливать на достаточно большом расстоянии от обрабатываемой поверхности или предмета, в то время как само качество воздействия луча не снижается. Благодаря этой особенности газовые CO₂ лазеры часто используются для резки металлических изделий, а также создания сложных и высокоточных разрезов, гравировки и многого другого.

Уровень мощности данной лазерной установки (при необходимости резки металлов) должен достигать 500 ватт и более. А если же речь заходит об обработке поверхности изделий, выполненных из цветного металла или высокопрочного металлического сплава, то в этом случае мощность прибора должна быть не менее 1000 ватт. При выборе подходящей установки лазер способен прорезать стальной сплав или титан. Кроме того, создаваемый в процессе работы устройства луч отлично подходит и для работы с материалами, обладающими сложной структурой, например, гранитом или даже обычным ДСП.

Что представляют собой эксимерные смеси?

Это особые смеси технических газов, предназначенные для применения в установках эксимерных лазеров. К таким газовым продуктам относятся аргон, криптон, гелий, ксенон, водород и многие другие. В основном для получения эксимерной смеси используется определенное процентное соотношение инертного газового вещества и галогенов. При необходимости прочесть более подробно о применении и особенностях эксимерных газовых смесей вы можете здесь.

В чем заключаются преимущества газовых лазеров?

Среди основных достоинств таких лазерных установок следует выделить:

Конечно, огромную роль в работе газовых лазеров играют и сами технические газы, выступающие в качестве рабочей среды. Для достижения максимальной эффективности и получения высокого КПД специалисты рекомендуют использовать газы особой чистоты. При необходимости приобрести такие газовые продукты вы можете, обратившись к специалистам компании «ПРОМТЕХГАЗ». Ознакомиться с каталогом продукции предприятия вы можете по ссылке https://idealgaz.ru/.

Кроме того, рекомендуем вам прочесть об технологии глубокой очистки газов в нашей статье на тему «Почему особо чистые газы стоят дороже».

Источник

Лазерные газы

Газовые лазеры можно разделить на две группы: углекислотные и эксимерные. Каждый генерирует лазерное излучение в невидимом спектре. Существует также ряд маломощных газовых лазеров. Гелий(HeNe), например, генерирует видимый лазерный луч, который используется для выравнивания материала на системе обработки CO2-лазером.

Лазерные газы для CO2 лазеров

Лазерная газовая смесь содержит двуокись углерода, а также гелий и азот. В зависимости от типа лазера, смесь может содержать так же небольшие количества других газов, например кислород (O2), углерод монооксид (CO), водород (H2) или ксенон (Xe).

Лазерные газы для эксимерных лазеров

Эксимерные лазеры являются многогазовыми лазерами. Типичным примером является криптон-фторовый (Kr-F) лазер, генериру

ющий излучения при 248 нм. А так же ксенон-хлорный (Xe-Cl) лазер, дающий излучение при 308 нм. Редкие газы — аргон, криптон или ксенон, буферные газы, гелий и неон, а также фтор или хлор, представляющий собой галоген, так же могут быть составляющими газов для эксимерных лазеров.Фтор и хлор являются токсичными и сильно коррозионными (особенно, при конлазертакте с водой) и требуют специальных процессов и процедур для системы подачи газа и обращении с отработанным лазерным газом.

Чистота лазерных газов

Влияние примесей на производительность лазера

Загрязнения на зеркалах. Частицы пыли и диссоциация в электрическом разряде углеводородного соединения (такие как пары масел) будут вызывать осадки на зеркалах, влияющие на их отражательную способность. Загрязнения на зеркалах поглощают лазер, вызывая прерывистый перегрев и нанося серьезный ущерб зеркальному покрытию.

Потеря мощности лазера. Некоторые примеси поглощают лазерное излучение 10,6 мкм. Они могут расходиться и реагировать с другими присутствующими элементами. Другие примеси могут столкнуться с молекулами СО2, возбужденными до верхнего уровня. Эти возбужденные молекулы СО2 теряют свою энергию без излучения лазерного излучения. Это называется лазерным расслаблением от верхнего лазерного уровня.

Критичные примеси в лазерных газах

Водяной пар. Примеси водяного пара (H2O) могут разлагаться в электрическом разряде и генерировать отрицательные ОН- и Н-ионы, так что разряд становится неустойчивым. Проблема особенно важна для мощных лазеров, потому что они всегда работают в экстремальных условиях. Активный кислород, генерируемый при разложении, может создать дополнительную реакцию, в том числе повреждение хрупкого зеркала и выходных оконных поверхностей.

Углеводороды. Углеводороды разлагаются в электрическом разряде и могут образовывать углеродные или полимерные отложения на зеркалах, которые также могут уменьшить коэффициент усиления лазера. Коэффициент усиления является мерой способности лазера усиливать лазерное излучение, влияющее на выходную мощность и производительность лазера.

Кислород. Кислород образуется, когда СО2 диссоциирует в электрическом разряде, концентрация кислорода может достигать нескольких тысяч частей на миллион. Он действует как примесь в быстрых осевых проточных CO2-лазерах и может иметь катастрофический эффект на оптику даже в количествах менее 1000 ppm. Отрицательный эффект кислородных загрязнений на оптике является результатом создания озона в электрическом разряде, вызывая эрозию в оптике. Осевые проточные лазеры обычно более чувствительны к кислороду, чем лазеры с поперечным потоком.

К некритичным примесям, не влияющим на процесс генерации, относятся: азот (сам лазерный газ), окись углерода, аргон, оксиды азота. В случае повышения концентрации более 1000 ppm они влияют на баланс лазерной газовой смеси.

Источники загрязнения

Часто предполагается, что примеси поступают из газовых баллонов. Как правило, это не так, поскольку газовые баллоны подвергаются ряду проверок перед отправкой. Потенциальные источники примеси в газовой смеси лазерного резонатора могут быть:

→→ Отсоединенные шланги во время замены баллона

→→ Процесс генерации пучка, где примеси могут быть созданы в электрический разряд путем диссоциации, разложения и реакций между диссоциированными элементами, образующими вторичные соединения

→→ Частицы, образованные распылением с внутренних электродов (дуги)

Во многих случаях система газоснабжения представляет собой самый высокий риск загрязнения чистых лазерных газов на пути от источника до резонатора.

Источник

Многообразие лазеров. Часть 2.

Лазеров существует великое множество: газовые, твердотельные, волоконные, жидкостные, на парах металлов, на свободных электронах, полупроводниковые, на центрах окраски, газодинамические, эксимерные, химические и даже лазеры с накачкой ядерным взрывом. В этой части статьи мы рассмотрим различные виды лазеров, на каких длинах волн они светят и где применяются.

Конструкция газового лазера.

В газовых лазерах активной средой, как это явствует из названия, является газ. К ним относятся: гелий-неоновый лазер, лазер на углекислом газе, аргоновый, криптоновый и азотный лазеры, лазер на угарном газе.

В гелий-неоновом лазере усиление света происходит на атомах неона, гелий же работает как теплоотвод и служит для повышения давления. Это очень маломощные лазеры (от 1 до 100мВт), энергия к которым подводится с помощью продольного газового разряда. Накачка на верхний лазерный уровень происходит при столкновении электронов разряда с атомами неона. Основная длина волны – 0.6328 нм. Путем установки призмы или дифракционной решетки (частотно-селективных элементов) можно получить генерацию на длинах волн 0.5435, 0.5939, 0.6118, 1.1523, 1.52 и 3.3913 мкм

Лазер на углекислом газе (CO2-лазер) – один из самых популярных промышленных лазеров (сегодня его вытесняют волоконный и диодный лазеры). Они используются для обработки различных материалов и анализа состава атмосферы. Есть даже ряд проектов по использованию этих лазеров для управления молниями. Активной средой углекислотных лазеров является смесь газов: CO2, N2 и He. Иногда для улучшения разряда добавляют Xe и некоторые органические вещества. Накачка, как и в гелий-неоновом лазере, осуществляется путем создания разряда в среде (есть и экзотические методы, например, прямой впрыск электронного пучка). Разряд используют как продольный тлеющий (в лазерах в виде трубок), так и поперечный высокочастотный (в лазерах с полуволноводным резонатором). Накачка происходит за счет столкновения молекул углекислого газа и азота (с последующей передачей энергии на углекислый газ) с электронами разряда. Основная длина волны таких лазеров лежит в инфракрасном диапазоне и составляет 10.6 мкм. Для различных исследовательских целей используют частотно-селективные элементы, которые позволяют перестраивать длину волны в диапазоне от 9 до 11 мкм.

Аргоновый лазер также возбуждается электрическим разрядом, однако рабочие лазерные уровни соответствуют ионам, а не молекулам (атомам) газа. Чем выше степень ионизации атома (т.е. чем больше электронов с него улетело), тем более короткую длину волны может генерировать лазер. Всего длин волн, которые излучает лазер, 14, в порядке убывания интенсивности: 0.488, 0.5145, 0.3638-0.3336, 0.4965, 0.4765, 0.3851-0.3511, 0.5287, 0.5017, 0.3358-0.3003, 0.4727, 0.4658, 0.4579, 0.4545, 0.3055-0.2754 мкм. Используются, в основном, для литографии, в офтальмологии и для накачки других лазеров – Ti:Sa и лазеров на красителях.

Криптоновый лазер устроен так же, как и аргоновый, но излучает, в основном, на длине волны 0.647 мкм. Более слабое излучение соответствует 0.416, 0.5309, 0.5682, 0.6764, 0.7525 и 0.7993 мкм. Также используются в литографии и офтальмологии.

Азотный лазер способен генерировать длину волны 0.3371 мкм и, более слабо, 0.316 и 0.357 мкм. Накачка осуществляется электрическим разрядом. При этом коэффициент усиления в таких лазерах настолько высок, что лазер может работать и без резонатора. Областью применения являются, в основном, научные исследования и измерение параметров атмосферы.

CO-лазер работает на смеси CO, N2 и He, его принцип работы аналогичен CO2-лазеру, но требуются криогенные температуры, в связи с чем он не нашел широкого распространения в промышленности, хотя и обладает существенно большим КПД. Длины волна лазера лежат в диапазонах 2,5—4,2 мкм и 4,8—8,3 мкм.

Лазеры на парах металлов

Эти лазеры сходны газовым лазерам, однако, как явствует из названия, в качестве активной среды в них используются пары различных металлов. В лазерной трубке присутствуют две (иногда больше) небольшие емкости с металлом буферный инертный газ. Одна из емкостей нагревается до высоких температур, металл начинает испаряться и диффундировать по всей трубке, осаждаясь во второй емкости. Когда ресурс первой емкости выработан, нагрев переключается на вторую емкость, а направление диффузии и осаждения меняется. Накачка лазера производится с помощью разряда в газе. При этом ион инертного газа сталкивается с атомом металла и передает ему энергию. В силу особенностей структуры энергетических уровней, такие лазеры работают только в импульсном режиме.

Самый известный лазер на парах металлов использует медь. Усиление в среде настолько большое, что он способен работать без резонатора. Это довольно мощный лазер, который излучает на длинах волн 0.5106 и 0.5782 мкм. Один из немногих лазеров на парах металла, который нашел свое применение вне научных и учебных лабораторий – он используется в скоростной фотографии и для накачки лазеров на красителях.

Вторым по популярности является гелий-кадмиевый лазер. Его спектр – 0.44 и 0.325 мкм, то есть ультрафиолетовая область, за счет чего он нашел свое применение в полиграфии и ультрафиолетовых детекторах.

Более экзотические лазеры на парах металлов используют пары ртути (в смеси с гелием, длины волн 0.567 и 0.615 мкм), селена (24 полосы от красного до УФ) и золота (0.627 нм). Кроме как в научных экспериментах применяются редко.

В этих лазерах накачка активной среды (газа) происходит за счет химических реакций. Способны генерировать непрерывную мощность вплоть до мегаватт. Основных представителя этого семейства два – кислород-ионный и фторводородный лазеры.

Кислород-ионный лазер работает за счет реакции газообразного хлора, молекулярного йода, раствора перекиси водорода и гидроксида калия. В результате химической реакции раствора с хлором (помимо тепла и хлорида калия) образуется кислород, который передает свою энергию молекулам йода, который затем и излучает на длине волны 1.315 мкм.

Лазер на фтористом водороде использует цепную реакцию: атомарный фтор соединяется с молекулярным водородом с образованием молекулы HF и атомарного водорода. Атомарный водород, в свою очередь, реагирует с молекулярным фтором, снова образуя HF и атомарный фтор. Для запуска реакции используется электрический разряд. Существует также и лазер на изотопе водорода – дейтерии, отличающийся от HF-лазера длинами волн: HF излучает в диапазоне 2.7-2.9 мкм, а DF – 3.6-4.2 мкм.

Этот класс лазеров использует химическую реакцию с неустойчивыми молекулами – эксимерами. Такие молекулы образуются с участием инертных газов и способны существовать только в возбужденном состоянии. Соединение атомов в молекулы происходит благодаря электрическому разряду. Используются повсеместно в ультрафиолетовой литографии и офтальмологии. Длины волн следующие: 0.193 мкм (ArF), 0.248 мкм (KrF), 0.308 мкм (XeCl), 0.353 мкм (XeF).

Лазеры с ядерной накачкой

Жидкостные лазеры (лазеры на красителях)

В качестве активной среды в таких лазерах используются, как это явствует из названиия, жидкости, имеющие какую-либо окраску. Самым популярным красителем является Родамин 6G, но я слышал о получении генерации даже на бренди. В маломощных лазерах используется кювета с жидкостью, а в мощных вариантах формируется тонкая струя, что позволяет избежать проблем с охлаждением. Для накачки используются другие лазеры – твердотельные и газовые. Спектр таких лазеров очень широк и составляет десятки нанометров. Это позволяет производить перестройку по длине волны или же генерировать сразу во всем спектре (при этом происходит генерация сверхкоротких импульсов). Различные разновидности красителя Кумарина полностью перекрывают диапазон длин волн от 0.435 до 0.565 нм. Различные Родамины светят в суммарной области 0.540-0.675 мкм, а прочие красители перекрывают весь оставшийся спектр вплоть до 0.940 мкм. Применяются, в основном, для создания лазерных часов, лазерной спектроскопии и генерации сверхкоротких импульсов в исследовательских и (изредка) промышленных целях.

конструкция твердотельного лазера с продольной диодной накачкой (почти как в зеленой лазерной указке)

В качестве активной среды используются кристаллы с добавлением активных веществ. При этом лазерные уровни образуются в активном веществе из-за воздействия на него внешней кристаллической решетки. Природные кристаллы для лазерных целей не подходят, поэтому их специальном образом выращивают, добиваясь при этом высокой однородности распределения примесей по кристаллу и однородности самого кристалла. Единственным способом ввести энергию в такие лазеры является свет. Накачка осуществляется с помощью ламп (импульсных и непрерывных), других лазеров и диодов.

Лазер на рубине был первым лазером оптического диапазона. Активным веществом являются ионы хрома, а кристалл – Al2O3. Для накачки применяют лампы-вспышки. Длина волны 0.6943 нм. Используется в голографии и для удаления татуировок.

Существует несколько лазеров на ионах неодима, различающихся матричными кристаллами и, соответственно, длиной волны. Накачка производится либо с помощью ламп, либо, что наиболее популярно на сегодняшний день, с помощью диодов. Самым популярным является Nd:YAG (неодим в аллюмо-иттриевом гранате). Основная длина волны 1.064 мкм, второстепенная – 1.32 нм. С помощью нелинейных кристаллов иногда удваивают частоту лазера (длина волны составляет 0.532 мкм), именно такая схема используется в китайских зеленых лазерных указках. Применяется в обработке материалов, дальномерах, научных исследованиях и для накачки других лазеров. Еще два лазера на неодиме – Nd:YLF и Nd:YVO применяются в основном для накачки Ti:Sa лазеров и имеют длины волн 1.047 (вторичная 1.053) и 1.064 мкм соответственно.

Отдельно стоит лазер на неодиме в стекле. Вместо кристалла здесь использовано аморфное стекло, что приводит к заметно более широкому спектру, чем у Nd:YAG. Длины волн отличаются совсем немного – 1.062 и 1.054 нм (в зависимости от типа стекла), но эти лазеры способны достигать энергий в импульсе вплоть до мегаджоулей (тераватты пиковой мощности). Используются для лазерной плавки и в попытках реализации лазерного термоядерного синтеза.

Еще три лазера используют в качестве матричного кристалла аллюмо-итриевый гранат (YAG), различаются они легирующими добавками. Иттербиевый лазер (Yb:YAG) имеет длину волны 1.03 мкм и используется для обработки материалов, спектроскопии и в дальномерах. Гольмиевый лазер (Ho:YAG) с длиной волны 2.1 мкм используется в медицине, а лазер на тулии (Tm:YAG) – в радарах (его длина волны 2 мкм).

Титан-сапфировый лазер (Ti:Sa) имеет сверхширокий спектр излучения – от 0.65 до 1.1 мкм. За счет этого его можно как перестраивать во всем диапазоне, так и выбирать какую-то длину волны, кроме того, он способен излучать сразу во всем спектре (при этом получаются сверхкороткие импульсы). Для его накачки используется множество других лазеров, а сам Ti:Sa нашел свое применение в научных исследованиях, дальномерах и спектроскопии. Из-за своей сложности применения в промышленности не нашли.

Конструкция Ti:Sa лазера.

Еще один тип лазеров использует в качестве матричного кристалла селенид цинка (ZnSe). В основном применяются два типа активных легирующих добавок – хром и железо. Диапазоны длин волн, им соответствующие – 1.9-3.6 мкм и 4-4.5 мкм. Используются для генерации сверхкоротких импульсов, что имеет применение в промышленности.

К твердотельным лазерам относится и волоконный лазер. Существенное отличие конструкции в том, что вместо короткого и толстого кристалла используется очень длинное и очень тонкое волокно (его длина может достигать километров). При этом в одном волокне выполнено сразу несколько волноводов – один из них – это активная среда лазера, легированная эрбием, а остальные проводят излучение накачки от лазерного диода, которое на пути следования постепенно проникает в основной волновод. Очень активно используются в промышленности для резки, гравировки и сварки. Кроме того, нашли свое применение в медицине и косметологии, используются в качестве усилителей в оптоволоконной связи. Длины волн от 1.53 до 1.56 мкм.

Конструкция полупроводникового лазера.

Самый распространенный тип лазеров. В основе конструкции лежит полупроводниковый диод с отражающими гранями, однако из-за особенностей применения как лазера и физики необходимых процессов, они сильно отличаются от своих радиотехнических прародителей. Накачиваются напрямую током – в активной среде (на p-n переходе) происходит рекомбинация электронов и дырок (пустых мест без электронов) с испусканием кванта света. Изначально работали лишь при криогенных температурах, однако сегодня этого не требуется. Излучают в различных диапазонах – от ближнего УФ до дальнего ИК и в терагерцовом (но заполняют спектр не полностью). Нашли широчайшее применение в телекоммуникациях, промышленности, научных исследованиях и быту. Активно используются для накачки других лазеров.

Лазеры на свободных электронах

Источник