A lézertechnológia minden szempontból belépett az emberek életébe, de sokféle lézergenerátor létezik, mindegyik más-más hullámhosszú és más-más tulajdonsággal rendelkezik, így az alkalmazási területek is eltérőek. Úgy gondolom, hogy a legtöbb embernek fáj a feje a lézergenerátorok bonyolult típusaival szemben. Ezért ez a cikk egyenként összefoglalja és elmagyarázza a különféle típusú lézergenerátorok jellemzőit és gyakorlati alkalmazásait.
A különböző munkaközegek szerint a lézergenerátorokat 6 típusra osztják: szilárdtest-, gáz-, festék-, dióda-, szál- és szabadelektron-lézergenerátorok. Ezek között sok a szilárdtest- és gázlézerek alosztálya. A szabad elektron lézerek kivételével a különféle lézerek működési elvei megegyeznek, beleértve a szivattyúforrást, az optikai rezonátort és az erősítő közeget.
Szilárdtest lézergenerátor
A szilárdtest lézergenerátorokban általában fényt használnak pumpaforrásként, és a fényt generáló kristályt vagy üveget munkaanyagnak nevezik. Az anyag egy mátrixból és egy aktivált ionból áll. A mátrixanyag megfelelő egzisztenciát és munkakörnyezetet biztosít az aktivált ionnak, az aktivált ion pedig befejezi a lézergenerálási folyamatot. Az általánosan használt aktív ionok főként átmeneti fémionok, például króm-, kobalt-, nikkel- és egyéb ionok, valamint ritkaföldfém-ionok, például neodímium-ionok. A dielektromos fóliával bevont tükrök rezonátortükörként szolgálnak, amelyek közül az egyik teljes, a másik féltükör. Különböző aktivált ionok, különböző mátrixanyagok és különböző hullámhosszú fénygerjesztés esetén különböző hullámhosszú lézerek bocsátanak ki.
A rubin lézergenerátor által kibocsátott lézer hullámhossza 694.3 nm, és a fotoelektromos konverziós arány alacsony, mindössze 0.1%. Fluoreszkáló élettartama azonban hosszú, ami elősegíti az energiatárolást, és magas impulzuscsúcsteljesítményt képes leadni. A tollmag vastagságú rubinrúd és egy hosszú ujj által generált lézer könnyen áthatol a vaslemezen. A hatékonyabb YAG lézerrendszerek megjelenése előtt a rubin lézerrendszereket széles körben használták lézervágás és fúrás. Emellett a 694nm-es fényt a melanin könnyen elnyeli, így a rubinlézert a pigmentált elváltozások (bőrfoltok) kezelésében is alkalmazzák.
A Ti:Sapphire lézergenerátor kristálytulajdonságai miatt széles hangolható tartományban (vagyis hangolható hullámhossz-tartományban) rendelkezik, és szükség szerint 660-1200 nm hullámhosszú fényt tud kibocsátani. A frekvenciaduplázási technológia érettségével párosulva (amely megduplázhatja a fény frekvenciáját, azaz felére csökkentheti a hullámhosszt), a hullámhossz-tartomány 330-600 nm-ig bővíthető. A titánzafír lézerrendszereket a femto2nd spektroszkópiában, a nemlineáris optikai kutatásban, a fehér fény generálásában, a terahertz hullámok generálásában stb. használják, és az orvosi szépségápolásban is alkalmazhatók.
A YAG az ittrium-alumínium gránát rövidítése, amely jelenleg a legkiválóbb lézerkristálymátrix. Miután neodímiummal (Nd) adalékolták, képes kimenni 1064nm könnyű, és a maximális folyamatos kimeneti teljesítmény elérheti az 1000 W-ot. A kezdeti időkben inert gázos villanólámpát használtak szivattyúforrásként, de a villanólámpás pumpás módszer széles spektrális tartományú, rossz egybeeséssel rendelkezik az erősítő közeg abszorpciós spektrumával, és nagy a hőterhelés, ami alacsony fotoelektromos konverziós rátát eredményez. Így most az LD (lézerdióda) szivattyúzással nagy hatásfok, nagy teljesítmény és hosszú élettartam érhető el. Az Nd:YAG lézergenerátorok hemangiomák kezelésére használhatók, és gátolják a tumor növekedését. A szövet hőkárosodása azonban nem szelektív. A daganat ereinek koagulálása közben a felesleges energia a környező normál szöveteket is károsítja, a műtét után könnyen hegek maradnak. Ezért az Nd:YAG lézert leginkább a sebészetben, nőgyógyászatban, fül-orr-gégészetben használják, és kevésbé a bőrgyógyászatban.
Yb: YAG, Ytterbium (Yb) van adalékolva YAG-ba, amely 1030 nm fényt képes kibocsátani. Az Yb:YAG szivattyú hullámhossza 941 nm, ami nagyon közel áll a kimeneti hullámhosszhoz, amivel a szivattyú 91.4%-os kvantumhatásfoka érhető el, és a szivattyú által termelt hőt belülről elnyomja. 10% (a bevitt energia nagy része kimenetté alakul át az energia, amelynek kis része hővé válik, ami azt jelenti, hogy az átalakítási hatásfok nagyon magas), ami 25%-a 30% of Nd:YAG. Az Yb:YAG az egyik legvonzóbb szilárdtestlézeres médiává vált, az LD-szivattyúzású, nagy teljesítményű Yb:YAG szilárdtestlézer-generátorok pedig új kutatási hotspotokká váltak, és a nagy hatékonyságú, nagy teljesítményű szilárdtestlézer-generátorok fejlesztésének egyik fő irányaként tartják számon.
A fenti kettőn kívül a YAG holmiummal (Ho), erbiummal (Er) stb. is adalékolható. A Ho:YAG szembiztos 2097 nm-es és 2091 nm-es lézereket gyárt, elsősorban optikai kommunikációs, radar- és orvosi alkalmazásokhoz. Er:YAG 2.9 μm fényt bocsát ki, és az emberi test nagy abszorpciós sebességgel rendelkezik ezen a hullámhosszon, ami nagy alkalmazási potenciállal rendelkezik a lézeres sebészetben és az érsebészetben.
Gázlézer generátor
A gázlézergenerátorok olyan lézerrendszerek, amelyek gázt használnak erősítő közegként, általában gázkisüléseket pumpálnak. A gázfajták közé tartoznak az atomi gázok (hélium-neon, nemesgáz-ion és fémgőz), a molekuláris gázok (nitrogén és szén-dioxid), az excimer gázok, és kémiai reakciók biztosítják.
A HeNe lézergenerátor (HeNe) 75% vagy több He és 15% vagy kevesebb Ne keverékét használja erősítő közegként. A munkakörnyezettől függően zöld (543.5 nm), sárga (594.1 nm), narancssárga (612.0 nm), vörös (632.8 nm) és 3 féle közeli infravörös fényt (1152 nm, 1523 nm és 3391 nm) bocsát ki, amelyek közül a leggyakrabban használt vörös fény (632.8 nm). A HeNe lézergenerátor sugárkibocsátása Gauss-eloszlású, és a sugár minősége nagyon stabil. Bár a teljesítmény nem nagy, a precíziós mérés terén jó teljesítményt nyújt.
Az elterjedt nemesgáz-lézergenerátorok az argonionok (Ar+) és a kriptonionok (Kr+). Energiaátalakító rátája elérheti a 0.6%-ot is, folyamatosan és tartósan 30-50w teljesítményt tud folyamatosan stabilan leadni, élettartama pedig meghaladja az 1000 órát. Főleg lézeres megjelenítésben, Raman-spektroszkópiában, holográfiában, nemlineáris optikában és más kutatási területeken, valamint orvosi diagnosztikában, nyomtatási színleválasztásban, metrológiai anyagfeldolgozásban és információfeldolgozásban használják.
A fémgőz lézergenerátorok például a rézgőzt veszik figyelembe. A rézgőz lézergenerátor főként zöld fényt (510.5 nm) és sárga fényt (578.2, 100 nm) bocsát ki, amelyek átlagosan 100 W teljesítményt és kW csúcsteljesítményt érhetnek el. Fő alkalmazási területe a festéklézergenerátorok pumpás forrása. Ezen kívül nagysebességű vakufotózáshoz, nagyképernyős vetítős TV-hez és anyagfeldolgozáshoz is használható.
A nitrogén molekuláris lézergenerátor nitrogént használ erősítő közegként, amely 337.1 nm, 357.7 nm és 315.9 nm ultraibolya fényt bocsát ki, a csúcsteljesítmény pedig elérheti a 45 kW-ot. Használható szivattyú fényforrásként szerves festék lézergenerátorokhoz, és széles körben használják izotópok lézeres szétválasztásában, fluoreszcencia diagnosztikában, ultra-nagy sebességű fényképezésben, szennyezés észlelésében, orvosi és egészségügyi ellátásban, valamint mezőgazdasági tenyésztésben. Mivel a rövid hullámhossza könnyebben fókuszálható kis folt létrehozásához, ezért szubmikron komponensek feldolgozására is használható.
A használt erősítő közeg a CO2 A lézergenerátor egy héliummal és nitrogénnel kevert szén-dioxid, amely 9.6 μm és 10.6 μm hullámhosszú infravörös fényt bocsát ki. A generátor nagy energiaátalakító képességgel rendelkezik, a kimenő teljesítmény több watttól több tízezer wattig terjedhet, a rendkívül jó sugárminőség pedig CO2 lézergenerátor, amelyet széles körben használnak az anyagfeldolgozásban, a tudományos kutatásban, a honvédelemben és az orvostudományban. Másokkal fogsz találkozni CO2 lézervágók és a lézeres gravírozók fa, MDF, rétegelt lemez, szövet, bőr, üveg, műanyag és akril gravírozására és vágására a mindennapi életben és az üzleti életben.
Az excimerek instabil molekulák, amelyeket különböző nemesgázok és halogéngázok keverékével töltenek meg a rezonátorban, hogy különböző hullámhosszú lézereket állítsanak elő. A gerjesztést általában relativisztikus elektronsugarakkal (200 keV-nál nagyobb energia) vagy keresztirányú gyors impulzuskisülésekkel érik el. Amikor a gerjesztett állapotú excimer instabil molekuláris kötései felszakadnak és alapállapotú atomokká disszociálnak, a gerjesztett állapot energiája lézersugárzás formájában szabadul fel. Széles körben használják az orvosi, optikai kommunikáció, félvezető kijelző, távérzékelés, lézerfegyverek és más területeken.
A kémiai lézergenerátor egy speciális típusú gázlézerrendszer, amely a kémiai reakció során felszabaduló energiát használja fel a részecskeszám inverziójának megvalósítására. Legtöbbjük molekuláris átmeneti üzemmódban működik, és a tipikus hullámhossz-tartomány a közeli infravörös és a középső infravörös spektrum tartományában van. A legfontosabbak a hidrogén-fluoridos (HF) és a deutérium-fluoridos (DF) készülékek. Az előbbi több mint 15 spektrumvonalat képes kiadni 2.6 és 3.3 mikron között; az utóbbinak körülbelül 25 spektrális vonala van 3.5 és 4.2 mikron között. Mindkét készülék jelenleg több megawattos teljesítményre képes. Hatalmas energiája miatt általánosan nukleáris mérnöki és katonai területeken használják.
Festéklézer generátor
A festéklézergenerátorok szerves festéket használnak lézerközegként, általában folyékony oldatot. A festéklézergenerátorok általában szélesebb hullámhossz-tartományban használhatók, mint a gáznemű és szilárdtest lézeres közegek. Széles sávszélességük miatt különösen alkalmasak hangolható és impulzusos lézergenerátorokhoz. Rövid közepes élettartama és korlátozott kimeneti teljesítménye miatt azonban alapvetően hullámhosszon hangolható szilárdtestlézerek váltják fel, mint például a titán zafír.
Dióda lézer generátor
A dióda lézergenerátor egy lézerrendszer, amely munkaanyagként félvezető anyagokat használ. 3 gerjesztési mód létezik: elektromos befecskendezés, elektronsugaras gerjesztés és optikai pumpálás. Kis méret, alacsony ár, nagy hatékonyság, hosszú élettartam, alacsony fogyasztás, használható elektronikus információban, lézernyomtatásban, lézermutatóban, optikai kommunikációban, lézer TV-ben, kis lézerprojektorban, elektronikus információkban, integrált optikában és egyéb területeken.
Szálas lézer generátor
A szálas lézergenerátor olyan lézerrendszerre utal, amely ritkaföldfém elemekkel adalékolt üvegszálat használ erősítő közegként. Széles körben használják fém- és nem fémnyomtatásban, jelölésben, gravírozásban, fúrásban, vágásban, tisztításban, hegesztésben (forrasztás, vízhűtés, burkolat és mélyhegesztés), katonai, védelmi és biztonsági, orvosi berendezésekben, nagy infrastruktúrában, valamint szivattyú más lézerforrásokhoz. találkozni fogsz szálas lézergravírozók személyre szabott szövegekhez és mintákhoz, szálas lézervágók fémgyártáshoz, szálas lézeres tisztítógépek rozsda-, festék- és bevonateltávolításhoz, szálas lézeres hegesztőgépek a fém ízületekhez az életedben.
Ingyenes elektronlézergenerátor
A szabad elektron lézergenerátor egy új típusú, nagy teljesítményű koherens sugárforrás, amely eltér a hagyományos lézergenerátortól. Nem igényel gázt, folyadékot vagy szilárd anyagot munkaanyagként, hanem közvetlenül alakítja át a nagy energiájú elektronsugár mozgási energiáját koherens sugárzási energiává. Ezért az is tekinthető, hogy a szabadelektron lézergenerátor munkaanyaga szabad elektronok. Számos kiváló tulajdonsággal rendelkezik, mint például a nagy teljesítmény, a nagy hatékonyság, a széles hullámhossz-hangolási tartomány és az ultrarövid impulzusok időszerkezete. Rajta kívül nincs olyan lézergenerátor, amely egyszerre rendelkezhetne ezekkel a funkciókkal. Jelentős kilátásai vannak a fizikai kutatás, a lézerfegyverek, a lézerfúzió, a fotokémia és az optikai kommunikáció területén.
