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激光器

一文讀懂激光器的分類與應用

來源:允可精工2023-12-07 我要評論(0 )   

激光(laser)是“透過受激輻射產(chan) 生的光放大”(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)的縮寫(xie) ,指透過刺激原子導致電子躍遷釋放輻射能量而產(chan) 生的...

激光(laser)是“透過受激輻射產生的光放大”(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)的縮寫,指透過刺激原子導致電子躍遷釋放輻射能量而產生的增強光子束。相較於其他類型的光,激光具有發散度小、亮度高、單色性好、相幹性好等一係列特點,因此被廣泛地運用於工業製造、信息通訊、生物醫療、科研軍事等諸多領域,並在社會生產活動中發揮了極其重要的作用,激光也因此與計算機、原子能和半導體並稱二十世紀的新四大發明。



激光器是利用受激輻射原理發射激光的器件

泵浦源是激光器的能量供給來源;增益介質是激光器的核心,會吸收泵浦源提供的能量並將激光放大;諧振腔是兩麵互相平行的鏡子,其作用是把光線在反射鏡間來回反射並多次經過增益介質,因而在縮短工作物質長度的同時還能達到放大激光功率的目的。

通過光、電或其他辦法對物質進行激發,使得其中一部分粒子激發到能量較高的狀態,當這種狀態的粒子數大於能量較低狀態的粒子數時,由於受激輻射,物質就能對某一波長的光輻射產生放大作用,也就是這種波長的光輻射通過物質時,發射強度會放大,並與入射光波位、頻率和方向一致的光輻射,這種稱為激光放大器。

若把激發的物質放置於共振腔內,光輻射在共振腔內沿軸線方向往複反射傳播,多次通過物質,光輻射被放大許多倍,形成一束強度大、方向集中的激光,這就是激光振蕩器。


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圖1.激光器結構和原理
激光器分類  
激光器可以按照泵浦方式、增益介質、工作方式、輸出功率、和輸出波長等不同維度進行分類,具體(ti) 分類方式如下所示:

(1)按泵浦方式的不同,激光器主要可以分為(wei) 光泵浦激光器、電泵浦激光器、化學泵浦激光器、熱泵浦激光器和核泵浦激光器。一般而言,不同類型的泵浦源是與(yu) 激光晶體(ti) 不同的吸收波長相適應的。

(2)按照增益介質的不同,可以分為(wei) 液體(ti) 激光器、氣體(ti) 激光器和固體(ti) 激光器(光纖、半導體(ti) 、全固態、混合),其中光纖激光器由於(yu) 增益介質較為(wei) 特殊且占有較高的市場份額,學術及生產(chan) 實踐中一般會(hui) 將其與(yu) 其他固體(ti) 激光器單獨區分開。目前發現可做增益介質的物質有近千種,常見的有摻稀土元素光纖、染料、惰性氣體(ti) 、二氧化碳、摻釹釔鋁石榴石(YAG)和鈦藍寶石等。每類增益介質激光器具有不同的特點,不同的增益介質決(jue) 定了激光波長等參數。

固體(ti) 激光器與(yu) 光纖激光器是目前市場上應用最為(wei) 廣泛的兩(liang) 類主流激光器,但兩(liang) 者的加工特點和應用場景有著較大的差異,屬於(yu) 並行發展、難以相互替代的兩(liang) 類不同的技術路線。整體(ti) 而言,光纖激光器由於(yu) 其平均功率高、熱效應強的特點,被廣泛地應用於(yu) 宏觀加工領 域的金屬材料切割、焊接、鑽孔、燒結等;而固體(ti) 激光器則具有峰值功率高、熱效應小、加工精度高的特點,一般主要用於(yu) 薄性、脆性材料和非金屬材料的精細微加工領域。

(3)按工作方式的不同,激光器可分為(wei) 連續激光器和脈衝(chong) 激光器。連續激光器可以在較長一段時間內(nei) 連續輸出,熱效應高。脈衝(chong) 激光器以脈衝(chong) 形式輸出, 主要特點是峰值功率高,熱效應小;根據脈衝(chong) 時間長短,脈衝(chong) 激光器可進一步 分為(wei) 長脈衝(chong) (毫秒、微秒)、短脈衝(chong) (納秒)、超短脈衝(chong) (皮秒、飛秒)激光器,一般而言,脈衝(chong) 寬度越窄、波長越短,可實現的加工精度越高。

(4)按照輸出功率的不同,可以將光纖激光器分為(wei) 小功率(0-1kW)、中功率(1kW-3kW)、高功率(3kW-6kW 以上)。而對於(yu) 主要應用在精細微加工領域的固體(ti) 激光器,實踐中一般將 10W 以下的歸類為(wei) 低功率,10W 以上為(wei) 中高功率。不同功率的激光器適應的應用場景各不同。

(5)按輸出波長的不同,激光器可分為(wei) 紅外激光器、可見光激光器、紫外激光器等。不同結構的物質可吸收的光波長範圍不同,因此需要各個(ge) 波長的激光器應用於(yu) 不同材料的精細加工。
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圖2.激光器的分類

激光器不同種類的優(you) 缺點及應用       

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來源:允可精工


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