Introduction et applications des lasers grand public couramment utilisés

Depuis l'avènement du premier laser à rubis pulsé à l'état solide, le développement des lasers a été très rapide et des lasers dotés de divers matériaux de travail et modes de fonctionnement ont continué à apparaître. Les lasers sont classés de différentes manières :

1. Selon le mode de fonctionnement, il est divisé en : laser continu, laser quasi continu, laser à impulsions et laser à impulsions ultra-courtes.

La sortie laser du laser continu est continue et est largement utilisée dans les domaines de la découpe laser, du soudage et du revêtement. Sa caractéristique de fonctionnement est que l'excitation de la substance active et la sortie laser correspondante peuvent être poursuivies de manière continue sur une longue période. Étant donné que l'effet de surchauffe de l'appareil est souvent inévitable en cas de fonctionnement continu, des mesures de refroidissement appropriées doivent être prises dans la plupart des cas.

Le laser à impulsions a une grande puissance de sortie et convient au marquage, à la découpe, à la télémétrie laser, etc. Ses caractéristiques de fonctionnement incluent la compression de l'énergie laser pour former une largeur d'impulsion étroite, une puissance de crête élevée et une fréquence de répétition réglable, comprenant principalement la commutation Q et le verrouillage de mode. , MOPA et d'autres méthodes. Étant donné que l'effet de surchauffe et l'effet d'écaillage des bords peuvent être efficacement réduits en augmentant la puissance d'une seule impulsion, ils sont principalement utilisés dans le traitement fin.

2. Selon la bande de travail, il est divisé en : laser infrarouge, laser à lumière visible, laser ultraviolet et laser à rayons X.

Les lasers infrarouge moyen sont principalement des lasers CO2 de 10,6 um qui sont largement utilisés ;

Les lasers proche infrarouge sont largement utilisés, notamment 1 064 ~ 1 070 nm dans le domaine du traitement laser ; 1310 et 1550 nm dans le domaine de la communication par fibre optique ; 905 nm et 1 550 nm dans le domaine de la télémétrie lidar ; 878 nm, 976 nm, etc. pour les applications de pompe ;

Étant donné que les lasers à lumière visible peuvent doubler la fréquence de 532 nm à 1 064 nm, les lasers verts de 532 nm sont largement utilisés dans le traitement laser, les applications médicales, etc.

Les lasers UV comprennent principalement 355 nm et 266 nm. Les UV étant une source de lumière froide, ils sont principalement utilisés dans les traitements fins, le marquage, les applications médicales, etc.

3. Selon le milieu de travail, il est divisé en : laser à gaz, laser à fibre, laser solide, laser à semi-conducteur, etc.

3.1 Les lasers à gaz comprennent principalement les lasers CO2, qui utilisent des molécules de gaz CO2 comme fluide de travail. Leurs longueurs d'onde laser sont de 10,6 um et 9,6 um.

caractéristique principale:

-La longueur d'onde convient au traitement de matériaux non métalliques, ce qui compense le problème selon lequel les lasers à fibre ne peuvent pas traiter les non-métaux et présente des caractéristiques différentes du traitement laser à fibre dans le domaine du traitement ;

-L'efficacité de conversion d'énergie est d'environ 20 % ~ 25 %, la puissance de sortie continue peut atteindre le niveau de 104 W, l'énergie de sortie d'impulsion peut atteindre le niveau de 104 joules et la largeur d'impulsion peut être compressée au niveau de la nanoseconde ;

-La longueur d'onde se situe juste dans la fenêtre atmosphérique et est beaucoup moins nocive pour l'œil humain que la lumière visible et la lumière infrarouge de 1064 nm.

Il est largement utilisé dans le traitement des matériaux, les communications, les radars, les réactions chimiques induites, la chirurgie, etc. Il peut également être utilisé pour les réactions thermonucléaires induites par laser, la séparation laser des isotopes et les armes laser.

3.2 Le laser à fibre fait référence à un laser qui utilise une fibre de verre dopée aux éléments de terres rares comme milieu de gain. En raison de ses performances et caractéristiques supérieures, ainsi que de ses avantages en termes de coûts, il s’agit actuellement du laser le plus utilisé. Les fonctionnalités sont les suivantes :

(1) Bonne qualité du faisceau : la structure du guide d'ondes de la fibre optique détermine que le laser à fibre est facile à obtenir une sortie en mode transversal unique, est peu affecté par des facteurs externes et peut obtenir une sortie laser à haute luminosité.

(2) Le laser de sortie a de nombreuses longueurs d'onde : en effet, les niveaux d'énergie des ions de terres rares sont très riches et il existe de nombreux types d'ions de terres rares ;

(3) Haute efficacité : L'efficacité électro-optique globale des lasers à fibre commerciaux atteint 25 %, ce qui est bénéfique pour la réduction des coûts, la conservation de l'énergie et la protection de l'environnement.

(4) Bonnes caractéristiques de dissipation thermique : le matériau en verre a un rapport volume/surface extrêmement faible, une dissipation thermique rapide et une faible perte, de sorte que l'efficacité de conversion est élevée et le seuil laser est faible ;

(5) Structure compacte et haute fiabilité : il n'y a pas de lentille optique dans la cavité résonante, ce qui présente les avantages d'une stabilité sans réglage, sans entretien et élevée, inégalée par les lasers traditionnels ;

(6) Faible coût de fabrication : la fibre optique en verre présente un faible coût de fabrication, une technologie mature et les avantages de miniaturisation et d'intensification apportés par la capacité d'enroulement de la fibre optique.

Les lasers à fibre ont un large éventail d'applications, notamment les communications laser à fibre, les communications spatiales longue distance laser, la construction navale industrielle, la fabrication automobile, la gravure laser, le marquage laser, la découpe laser, les rouleaux d'impression, la défense et la sécurité militaires, les équipements et équipements médicaux, et comme pompes pour d'autres lasers Pu Yuan et ainsi de suite.

3.3 Le milieu de travail des lasers à semi-conducteurs est constitué de cristaux isolants, généralement excités par pompage optique.

Les lasers YAG (cristal de grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au rubidium) utilisent couramment des lampes au krypton ou au xénon comme lampes à pompe, car seules quelques longueurs d'onde spécifiques de la lumière de la pompe seront absorbées par les ions Nd et la majeure partie de l'énergie sera convertie en énergie thermique. Habituellement, l’efficacité de conversion d’énergie du laser YAG est faible. Et la vitesse de traitement lente est progressivement remplacée par les lasers à fibre.

Nouveau laser à semi-conducteur, un laser à semi-conducteur de haute puissance pompé par un laser à semi-conducteur. Les avantages sont une efficacité de conversion d'énergie élevée, l'efficacité de conversion électro-optique des lasers à semi-conducteurs atteint 50 %, ce qui est bien supérieur à celui des lampes flash ; la chaleur réactive générée pendant le fonctionnement est faible, la température moyenne est stable et peut être transformée en un dispositif entièrement durci, éliminant l'influence des vibrations, et la ligne du spectre laser est plus étroite, meilleure stabilité de fréquence ; longue durée de vie, structure simple et facile à utiliser.

Le principal avantage des lasers à solide par rapport aux lasers à fibre est que l’énergie d’une impulsion unique est plus élevée. Combinée à une modulation d'impulsions ultra-courtes, la puissance continue est généralement supérieure à 100 W et la puissance d'impulsion maximale peut atteindre 109 W. Cependant, comme la préparation du milieu de travail est plus compliquée, elle est plus coûteuse.

La longueur d'onde principale est de 1064 nm dans le proche infrarouge, et un laser à semi-conducteurs de 532 nm, un laser à semi-conducteurs de 355 nm et un laser à semi-conducteurs de 266 nm peuvent être obtenus en doublant la fréquence.

3.4 Le laser à semi-conducteur, également connu sous le nom de diode laser, est un laser qui utilise des matériaux semi-conducteurs comme substance de travail.

Les lasers à semi-conducteurs ne nécessitent pas de structures complexes de cavité résonante, ils sont donc très adaptés aux besoins de miniaturisation et de légèreté. Son taux de conversion photoélectrique est élevé, sa durée de vie est longue et il ne nécessite aucun entretien. Il est souvent utilisé pour le pointage, l'affichage, la communication et d'autres occasions. Il est également souvent utilisé comme source de pompage pour d’autres lasers. Les diodes laser, les pointeurs laser et autres produits familiers utilisent tous des lasers à semi-conducteurs.