مقدمة وتطبيقات الليزر السائدة شائعة الاستخدام

منذ ظهور أول ليزر ياقوتي نابض بالحالة الصلبة، كان تطوير الليزر سريعًا للغاية، واستمر ظهور الليزر بمواد العمل المختلفة وأنماط التشغيل. يتم تصنيف الليزر بعدة طرق:

1. وفقًا لطريقة التشغيل، يتم تقسيمها إلى: الليزر المستمر، والليزر شبه المستمر، والليزر النبضي، والليزر النبضي القصير جدًا.

إن إخراج الليزر من الليزر المستمر مستمر ويستخدم على نطاق واسع في مجالات القطع بالليزر واللحام والكسوة. خاصية العمل الخاصة به هي أن إثارة المادة العاملة وإخراج الليزر المقابل يمكن أن يستمر بطريقة مستمرة على مدى فترة طويلة من الزمن. نظرًا لأنه غالبًا ما لا يمكن تجنب تأثير ارتفاع درجة حرارة الجهاز أثناء التشغيل المستمر، يجب اتخاذ تدابير التبريد المناسبة في معظم الحالات.

يتمتع الليزر النبضي بقدرة خرج كبيرة ومناسب لوضع العلامات بالليزر والقطع والمدى وما إلى ذلك. وتشمل خصائص عمله ضغط طاقة الليزر لتشكيل عرض نبضي ضيق وطاقة ذروة عالية وتردد تكرار قابل للتعديل، بما في ذلك بشكل أساسي تبديل Q وقفل الوضع و MOPA وطرق أخرى. نظرًا لأنه يمكن تقليل تأثير التسخين الزائد وتأثير تقطيع الحواف بشكل فعال عن طريق زيادة طاقة النبضة المفردة، فإنه يستخدم في الغالب في المعالجة الدقيقة.

2. وفقا لنطاق العمل، يتم تقسيمه إلى: ليزر الأشعة تحت الحمراء، ليزر الضوء المرئي، ليزر الأشعة فوق البنفسجية، وليزر الأشعة السينية.

ليزر الأشعة تحت الحمراء المتوسطة عبارة عن ليزر ثاني أكسيد الكربون بحجم 10.6 ميكرون والذي يتم استخدامه على نطاق واسع؛

يتم استخدام أشعة الليزر القريبة من الأشعة تحت الحمراء على نطاق واسع، بما في ذلك 1064 ~ 1070 نانومتر في مجال معالجة الليزر؛ 1310 و1550 نانومتر في مجال اتصالات الألياف الضوئية؛ 905 نانومتر و1550 نانومتر في مجال نطاق الليدار؛ 878 نانومتر، 976 نانومتر، وما إلى ذلك لتطبيقات المضخات؛

نظرًا لأن ليزر الضوء المرئي يمكن أن يتضاعف تردده من 532 نانومتر إلى 1064 نانومتر، فإن الليزر الأخضر 532 نانومتر يستخدم على نطاق واسع في معالجة الليزر والتطبيقات الطبية وما إلى ذلك؛

تشمل أشعة الليزر فوق البنفسجية بشكل أساسي 355 نانومتر و266 نانومتر. نظرًا لأن الأشعة فوق البنفسجية هي مصدر للضوء البارد، فهي تستخدم غالبًا في المعالجة الدقيقة ووضع العلامات والتطبيقات الطبية وما إلى ذلك.

3. وفقًا لوسط العمل، يتم تقسيمه إلى: ليزر الغاز، ليزر الألياف، الليزر الصلب، ليزر أشباه الموصلات، إلخ.

3.1 تشتمل أجهزة ليزر الغاز بشكل أساسي على ليزر ثاني أكسيد الكربون، الذي يستخدم جزيئات غاز ثاني أكسيد الكربون كوسيط عمل. أطوال موجات الليزر هي 10.6um و9.6um.

الميزة الأساسية:

- الطول الموجي مناسب لمعالجة المواد غير المعدنية، مما يعوض مشكلة عدم قدرة ليزر الألياف على معالجة المواد غير المعدنية، وله خصائص مختلفة عن معالجة ألياف الليزر في مجال المعالجة؛

- تبلغ كفاءة تحويل الطاقة حوالي 20% ~ 25%، ويمكن أن تصل طاقة الإخراج المستمرة إلى مستوى 104 وات، ويمكن أن تصل طاقة إخراج النبض إلى مستوى 104 جول، ويمكن ضغط عرض النبض إلى مستوى النانو ثانية؛

- الطول الموجي موجود في نافذة الغلاف الجوي وهو أقل ضررًا للعين البشرية من الضوء المرئي وضوء الأشعة تحت الحمراء بطول 1064 نانومتر.

يستخدم على نطاق واسع في معالجة المواد، والاتصالات، والرادار، والتفاعلات الكيميائية المستحثة، والجراحة، وما إلى ذلك. ويمكن استخدامه أيضًا في التفاعلات النووية الحرارية المستحثة بالليزر، وفصل النظائر بالليزر، وأسلحة الليزر.

3.2 يشير ليزر الألياف إلى الليزر الذي يستخدم الألياف الزجاجية المشبعة بالعناصر الأرضية النادرة كوسيلة للكسب. نظرًا لأدائه وخصائصه الفائقة، فضلاً عن مزايا التكلفة، فهو حاليًا الليزر الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. الميزات هي كما يلي:

(1) جودة شعاع جيدة: يحدد هيكل الدليل الموجي للألياف الضوئية أن ليزر الألياف من السهل الحصول على إخراج وضع عرضي واحد، ولا يتأثر إلا قليلاً بالعوامل الخارجية، ويمكنه تحقيق إخراج ليزر عالي السطوع.

(2) لليزر الناتج أطوال موجية عديدة: وذلك لأن مستويات الطاقة للأيونات الأرضية النادرة غنية جدًا وهناك أنواع عديدة من الأيونات الأرضية النادرة؛

(3) الكفاءة العالية: تصل الكفاءة الكهروضوئية الشاملة لأجهزة ليزر الألياف التجارية إلى 25%، مما يفيد في خفض التكلفة والحفاظ على الطاقة وحماية البيئة.

(4) خصائص تبديد الحرارة الجيدة: المواد الزجاجية لديها نسبة حجم إلى مساحة منخفضة للغاية، وتبديد سريع للحرارة، وفقدان منخفض، وبالتالي فإن كفاءة التحويل عالية وعتبة الليزر منخفضة؛

(5) هيكل مدمج وموثوقية عالية: لا توجد عدسة بصرية في تجويف الرنين، والتي تتميز بمزايا عدم التعديل والصيانة والثبات العالي، وهو ما لا مثيل له بالليزر التقليدي؛

(6) انخفاض تكلفة التصنيع: تتميز الألياف الضوئية الزجاجية بتكلفة تصنيع منخفضة وتكنولوجيا ناضجة ومزايا التصغير والتكثيف الناتجة عن قابلية الرياح للألياف الضوئية.

تتمتع ألياف الليزر بمجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك اتصالات ألياف الليزر، والاتصالات الفضائية بالليزر لمسافات طويلة، وبناء السفن الصناعية، وتصنيع السيارات، والنقش بالليزر، ووضع العلامات بالليزر، والقطع بالليزر، وبكرات الطباعة، والدفاع والأمن العسكري، والمعدات والمعدات الطبية، و كمضخات لأشعة الليزر الأخرى Pu Yuan وما إلى ذلك.

3.3 إن وسط عمل ليزر الحالة الصلبة هو البلورات العازلة، التي يتم تحفيزها بشكل عام عن طريق الضخ البصري.

عادةً ما يستخدم ليزر YAG (كريستال عقيق الألومنيوم الإيتريوم المغطى بالروبيديوم) مصابيح الكريبتون أو مصابيح الزينون كمصابيح ضخ، لأنه سيتم امتصاص عدد قليل فقط من الأطوال الموجية المحددة لضوء المضخة بواسطة أيونات Nd، وسيتم تحويل معظم الطاقة إلى طاقة حرارية. عادة ما تكون كفاءة تحويل الطاقة بالليزر YAG منخفضة. ويتم استبدال سرعة المعالجة البطيئة تدريجيًا بالليزر الليفي.

ليزر الحالة الصلبة الجديد، هو ليزر الحالة الصلبة عالي الطاقة الذي يتم ضخه بواسطة ليزر أشباه الموصلات. تتمثل المزايا في كفاءة تحويل الطاقة العالية، وكفاءة التحويل الكهروضوئي لأشعة ليزر أشباه الموصلات تصل إلى 50٪، وهي أعلى بكثير من مصابيح الفلاش؛ الحرارة التفاعلية المتولدة أثناء التشغيل صغيرة، ودرجة الحرارة المتوسطة مستقرة، ويمكن تحويلها إلى جهاز معالج بالكامل، والقضاء على تأثير الاهتزاز، وخط طيف الليزر أضيق، واستقرار تردد أفضل؛ عمر طويل، هيكل بسيط وسهل الاستخدام.

الميزة الرئيسية لأشعة الليزر ذات الحالة الصلبة مقارنة بأشعة الليزر الليفية هي أن طاقة النبضة الفردية أعلى. بالاشتراك مع تعديل النبض القصير للغاية، تكون الطاقة المستمرة بشكل عام أعلى من 100 وات، ويمكن أن تصل طاقة النبض القصوى إلى 109 وات. ومع ذلك، نظرًا لأن إعداد وسط العمل أكثر تعقيدًا، فهو أكثر تكلفة.

الطول الموجي الرئيسي هو 1064 نانومتر بالقرب من الأشعة تحت الحمراء، ويمكن الحصول على ليزر الحالة الصلبة 532 نانومتر، وليزر الحالة الصلبة 355 نانومتر، وليزر الحالة الصلبة 266 نانومتر من خلال مضاعفة التردد.

3.4 ليزر أشباه الموصلات، المعروف أيضًا باسم ليزر ديود، هو ليزر يستخدم مواد شبه موصلة كمادة عاملة.

لا تتطلب أشعة الليزر شبه الموصلة هياكل تجويف رنانة معقدة، لذا فهي مناسبة جدًا لاحتياجات التصغير وخفيفة الوزن. معدل تحويلها الكهروضوئي مرتفع، وعمرها طويل، ولا تحتاج إلى صيانة. غالبًا ما يتم استخدامه في الإشارة والعرض ونطاق الاتصال ومناسبات أخرى. وغالبًا ما يستخدم أيضًا كمصدر مضخة لأشعة الليزر الأخرى. تستخدم صمامات الليزر الثنائية ومؤشرات الليزر وغيرها من المنتجات المألوفة أشعة ليزر أشباه الموصلات.