Список выбранных товаров
  • Нет выбранных товаров

Виды лазеров: 4 метода классификации

Лазер известен как одно из четырех великих изобретений 20-го века, лазерный луч - это не свет, существующий в природе, а свет, изобретенный человеком на основе квантовой теории. От естественного света лазер отличают характеристики и процесс его генерации.

Лазер называют "самым быстрым ножом, самым ярким светом и самой точной линейкой":

По сравнению с естественным светом лазер обладает такими характеристиками, как высокая интенсивность, хорошая монохроматичность, хорошая когерентность и хорошая направленность.

Лазер - это продукт атомного стимулированного излучения:

Возбужденный энергией источника накачки, атом может перейти в высокоэнергетическое состояние. В это время, если он столкнется с внешним фотоном с определенной частотой, он испустит идентичный фотон. Эти два фотона заставят больше атомов перейти и выпустить такой же фотон. Этот процесс называется стимулированным излучением, а генерируемый свет - "лазерным".

Частота, фаза, направление распространения и состояние поляризации фотонов, испускаемых стимулированным излучением, и посторонних фотонов абсолютно одинаковы, поэтому лазер имеет характеристики высокой интенсивности, хорошей монохроматичности, хорошей когерентности и хорошей направленности.

Схематическая диаграмма перехода на атомный энергетический уровень

Схематическая диаграмма процесса стимулированного излучения

Особенности лазеов:

  • Хорошая направленность;
  • Хорошая монохроматичность;
  • Высокая мощность;
  • Высокая когерентность.

История создания лазерного оборудования

  • Эйнштейн впервые предложил идею стимулированного излучения в 1917 году;
  • В 1960 году появился первый в мире рубиновый твердотельный лазер;
  • Коммерческое использование началось в 1970-х годах и сейчас находится на стадии бурного развития:
  • После изучения механизма взаимодействия лазерного луча с материей, область применения лазера также расширяется. После 1990-х годов промышленное применение перешло в стадию высокоскоростного развития.

История развития лазерных технологий

Два вида применения лазера:

Характеристики высокой интенсивности, хорошей монохроматичности, хорошей когерентности и хорошей направленности определяют два сценария применения лазера:

Энергетический лазер:

Лазер обладает выдающимся преимуществами - высокой плотностью энергии, что находит важное применение в обработке материалов, производстве оружия, медицине и других областях.

Информационный лазер:

Лазер обладает хорошей монохроматичностью и направленностью. Он подходит для передачи информации (оптическая связь) и измерения расстояния (оптическое измерение). По сравнению с традиционной электрической связью, оптическая связь имеет такие преимущества, как большая емкость, большое расстояние, хорошая конфиденциальность и легкий вес.

Оборудование для лазерной обработки

Лазерная обработка является представителем технологии точной обработки. Основной движущей силой роста является замещение традиционных методов обработки:

По сравнению с другими методами обработки, лазерная обработка имеет преимущества высокой эффективности, высокой точности, низкого потребления энергии, малой деформации материала и простоты управления.

Эти преимущества тесно связаны с двумя характеристиками бесконтактной обработки и высокой плотностью энергии лазерной обработки:

Бесконтактная обработка:

Работа лазера полностью завершается за счет тепла, выделяемого при взаимодействии лазера с материалом.

Во время всего процесса нет контакта между обрабатывающим инструментом и материалом, поэтому обрабатываемый материал не подвергается силовому воздействию, а остаточное напряжение относительно невелико.

Поскольку диаметр луча можно контролировать до очень малого, точность также высока;

Высокая плотность энергии:

Плотность мощности лазерной обработки может достигать более 107 Вт/см, в тысячи и даже десятки тысяч раз превышая плотность мощности пламени, дуги и других методов обработки.;

Более высокая плотность мощности означает, что лазер может обрабатывать очень маленькую область на объекте обработки, не затрагивая материалы вокруг микрообласти, поэтому точность обработки и эффективность обработки выше.

Многоточечные преимущества

  • Высокая эффективность;
  • Высокоточный;
  • Низкое потребление энергии;
  • Малая деформация;
  • Легко контролировать.

    Лазер: основной блок лазерного оборудования

    Лазер - это компонент, используемый для генерации лазерного луча и основной компонент лазерного оборудования:

    • Стоимость лазера составляет 20% - 40% от общей стоимости полного комплекта оборудования для лазерной обработки, или даже выше;
    • В лазере происходит накачка, стимулированное излучение и другие процессы;
    • Типичный лазер состоит из рабочего материала лазера (энергия излучения), источника накачки (энергии подъема), оптического резонатора (распространяющая энергия) и т.д.

    Основная структурная схема лазера

    Типы лазеров

    Существует множество методов классификации лазеров, среди которых наиболее часто используются четыре наиболее часто используемые:

    По рабочему веществу:

    По рабочему веществу лазеры можно разделить на газовые, твердотельные, жидкостные (на красителях), полупроводниковые, эксимерные и т.д;

    Газовый лазер:

    Принимая газ в качестве рабочего материала, распространенными являются CO2 лазер , He-Ne лазер, аргонионный лазер, He-Cd лазер, лазер на парах меди, различные эксимерные лазеры и др. лазер, He-Cd лазер, лазер на парах меди, различные эксимерные лазеры и т.д., особенно CO2 лазер наиболее часто используется в промышленности.

    CO2 лазер

    Твердотельные лазеры:

    Ионы металлов, способные производить стимулированное излучение, легируются в кристалл и используются в качестве рабочих материалов. Обычно используемые кристаллы включают рубин, корунд, алюминиевый гранат (широко известный как YAG), тунгстат кальция, фторид кальция, алюминат иттрия и бериллат лантана, среди которых YAG является наиболее распространенным кристаллом в настоящее время.

    Твердотельный лазер

    Лазер на красителях:

    В качестве рабочего вещества используется раствор, образующийся при растворении некоторых органических красителей в жидкостях, таких как этанол, метанол или вода.

    Полупроводниковые лазеры:

    Также известны как лазерные диоды, в качестве рабочего вещества используются полупроводниковые материалы, такие как арсенид галлия (GaAs), сульфид кадмия (CDS), фосфид индия (INP), сульфид цинка (ZnS) и т.д.

    Полупроводниковые лазеры

    Оптоволоконный лазер:

    В качестве рабочего материала используется стекловолокно, легированное редкоземельными элементами. Волоконный лазер - это лазер, использующий волокно в качестве рабочей среды.

    Волоконный лазер

    Волоконный лазер имеет отличные характеристики и известен как лазер третьего поколения:

    1. Поскольку волокно имеет характеристики малого объема, намотки, низкого отношения площади к объему и высокой скорости фотоэлектрического преобразования, волоконный лазер имеет преимущества миниатюризации и интенсификации, хорошего рассеивания тепла и высокой скорости фотоэлектрического преобразования;
    2. В то же время, лазерный выход волоконного лазера может быть получен непосредственно из волокна, поэтому волоконный лазер имеет высокую технологичность и может адаптироваться к применению обработки в любом пространстве;
    3. По структуре, волоконный лазер не имеет оптической линзы в резонансной полости, поэтому он обладает такими преимуществами, как отсутствие регулировки, отсутствие технического обслуживания и высокая стабильность.
    4. Кроме того, качество луча волоконного лазера также превосходно.
    Типы лазеров Стандартный тип Длина лазерной волны Максимальная выходная мощность Эффективность преобразования энергии Особенности
    Газовый лазер CO2 лазер Около 10.6um инфракрасного излучения 1-20 кВт 8%~10% Хорошая монохроматичность и высокая эффективность преобразования энергии
    Жидкостный лазер 6G лазер на красителях УФ к ИК 5%~20% Длина волны на выходе плавно регулируется, мощность преобразования энергии высокая, низкая стоимость
    Твердотельные лазеры YAG/рубиновый лазер От видимого до ближнего инфракрасного диапазона 0,5-5 кВт 0.5%~1% Низкая выходная мощность, низкий коэффициент преобразования энергии и хорошая монохроматичность.
    Полупроводниковые лазеры Диодный лазер GaAs 100 nm―1.65 um 0,5-20 кВт, двухмерный массив может достигать 350 кВт 20% - 40%, лабораторные 70% Высокая мощность преобразования энергии, малый объем, легкий вес, простая структура, длительный срок службы и слабая монохроматичность.
    Волоконный лазер Импульсный/Постоянный волоконный лазер 1.46 um―1.65 um 0.5-20 кВт 30%-40% Миниатюризация, интенсификация, высокая эффективность преобразования, высокий выход энергии, высокое качество луча, отсутствие оптической коллимации и меньшее техническое обслуживание.

    Форма выходного сигнала энергии (рабочий режим):

    По форме выходного сигнала лазеры можно разделить на непрерывный, импульсный и квазинепрерывный. Импульсный лазер можно дополнительно разделить на миллисекундный лазер, микросекундный лазер, наносекундный механизм, пикосекундный лазер, фемтосекундный лазер, аттосекундный лазер и т.д.;

    Непрервные лазеры:

    Непрерывно выдают стабильную форму волны энергии в течение рабочего времени, с высокой мощностью, и могут обрабатывать материалы с большим объемом и высокой температурой плавления, такие как металлические пластины;

    Импульсный лазер:

    По ширине импульса импульсные лазеры могут быть далее разделены на миллисекундные лазеры, микросекундные лазеры, наносекундные механизмы, пикосекундные лазеры, фемтосекундные лазеры и аттосекундные лазеры;

    Фемтосекундные и аттосекундные лазеры называются сверхбыстрыми лазерами.

    Мощность импульсного лазера намного ниже, чем у непрерывного лазера, но точность обработки выше, чем у непрерывного лазера. Как правило, чем меньше ширина импульса, тем выше точность обработки;

    Квази-КВ лазер:

    Помимо непрерывного лазера и импульсного лазера, высокоэнергетический лазер может быть выведен многократно в течение определенного периода.

    Способ классификации Категория лазера Особенности
    Классификация по режиму работы Непрерывный лазер Возбуждение рабочего материала и соответствующий лазерный выход может осуществляться непрерывно в большом диапазоне времени
    Импульсивный лазер Он относится к лазеру с длительностью одного лазерного импульса менее 0,25 секунды и работает только один раз с определенным интервалом. Он имеет большую выходную пиковую мощность и подходит для лазерной маркировки, резки и ранжирования.
    Классификация по длительности импульса Миллисекундный лазер (MS) 10-3S
    Микросекундный лазер (US) 10-6S
    Наносекундный лазер (NS) 10-9S
    Пикосекундный лазер (PS) 10-12S
    Фемтосекундный лазер (FS) 10-15S

    Выходная длина волны (цвет):

    По длине выходной волны лазеры можно разделить на рентгеновские, ультрафиолетовые, инфракрасные, видимые и т.д;

    Мощность:

    Можно разделить на лазеры низкой мощности 100 Вт, лазеры средней мощности 100-1500 Вт и лазеры высокой мощности больше 1500 Вт.

    Классификация лазеров

    Советуем вам прочитать статьи опубликованные в нашем блоге ранее: «‎Насколько точна оптоволоконная лазерная резка?»‎ и «‎Способы защиты лазерного станка от влаги»‎.

    Если вам понравилась статья, то ставьте лайк, делитесь ею со своими друзьями и оставляйте комментарии!

    Понравилась статья? Жми
    1
    11 октября
    151
    • Лазерные станки по металлу
    Подписывайтесь
    Комментарии
    Оставить комментарий

    Читайте также

    Новые комментарии

    5 советов по обслуживанию металлообрабатывающего оборудования Андрей Титов С хранением и периодическим обслуживание самые больший...


    Как правильно использовать гидравлический трубогиб? Андрей Титов Мне материал помог достичь хороший результатов, написано...


    Отзыв клиента из Ижевска о станке для заточки плоских ножей с магнитной плитой MF257B Андрей Титов Шикарная модель, которую хотелось приобрести после...


    Различные виды литья металлов преимущества и недостатки [Часть 2] Андрей Титов С большим интересом было узнать о различных видах литья....


    Инструкция по правильной резке алюминиевых листов и пластин Андрей Титов С большим интересом прочитал инструкцию дабы иметь...


    Дробилка для пластика — своими руками! [Чертежи прилагаются] Артур Здравствуйте Максим! Да дробилка справиться с данным...

    Присоединяйся к нам!