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固體激光器有哪些?

2024-10-28 16:43:09
閱讀:

激光器是什么?

 

激光器是產(chǎn)生、輸出激光的器件,是激光加工系統(tǒng)的核心器件。激光器發(fā)出的光質(zhì)量純凈、光譜穩(wěn)定可以在很多方面被應(yīng)用。是指用來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生光的受激輻射放大作用的物質(zhì)體系,有時(shí)也稱為激光增益媒質(zhì),它們可以是固體(晶體、玻璃)、氣體(原子氣體、離子氣體、分子氣體)、半導(dǎo)體和液體等媒質(zhì)。按工作介質(zhì)分,激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器和染料激光器4大類。近年來(lái)還發(fā)展了自由電子激光器,大功率激光器通常都是脈沖式輸出。


 固體激光器有哪些?(圖1)

 

激光器概況

 

激光技術(shù)起源于20世紀(jì)60年代初期,是20世紀(jì)與原子能、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)齊名的四項(xiàng)重大發(fā)明之一。1954年制成了第一臺(tái)微波量子放大器,獲得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣應(yīng)用到光頻范圍,1960年T.H.梅曼等人制成了第一臺(tái)紅寶石激光器。1961年A.賈文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創(chuàng)制了砷化鎵半導(dǎo)體激光器。

 

固體激光器發(fā)展

 

激光器是激光裝備的核心部件,近幾年,我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)多項(xiàng)政策支持激光器行業(yè)的發(fā)展。在2021年工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等八部門(mén)發(fā)布的《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》里強(qiáng)調(diào)“十四五”期間,我國(guó)將大力發(fā)展智能裝備,包括智能焊接機(jī)器人、超快激光等先進(jìn)激光加工裝備、激光跟蹤測(cè)量等智能檢測(cè)裝備和儀器等。

 

固體激光器自1960年由美國(guó)物理學(xué)家西奧多·梅曼(Theodore Maiman)發(fā)明紅寶石激光器以來(lái),已經(jīng)經(jīng)歷了顯著的發(fā)展。

 

1、技術(shù)進(jìn)步

 

從最初的紅寶石激光器開(kāi)始,科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出了各種不同的固體激光材料,包括Nd:YAG (釹摻雜釔鋁石榴石)、Nd:glass (釹摻雜玻璃) 以及其他稀土元素?fù)诫s的晶體和陶瓷。這些新材料提供了更廣泛的波長(zhǎng)選擇、更高的效率以及更好的熱性能。

 

2、泵浦源改進(jìn)

 

早期的固體激光器通常使用閃光燈作為泵浦源,但現(xiàn)在更多采用半導(dǎo)體激光器陣列(LD)進(jìn)行泵浦,這種方式更加高效且能夠?qū)崿F(xiàn)緊湊的設(shè)計(jì)。LD泵浦還使得固體激光器可以工作在連續(xù)或脈沖模式下,提高了輸出功率和光束質(zhì)量。

 

3、應(yīng)用擴(kuò)展

 

隨著技術(shù)的進(jìn)步,固體激光器的應(yīng)用范圍也大大擴(kuò)展。它們現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工(如切割、焊接、打標(biāo))、醫(yī)療(如眼科手術(shù)、皮膚治療)、科研(如非線性光學(xué)、光譜學(xué))以及國(guó)防(如定向能武器)等領(lǐng)域。

 

4、微型化與集成化

 

近年來(lái),微型化的固體激光器得到了發(fā)展,比如微片激光器和光纖耦合的微型激光模塊。這種小型化趨勢(shì)允許固體激光器被集成到更為緊湊的系統(tǒng)中,滿足了便攜性和移動(dòng)性的需求。


高功率與超快激光:通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)和材料,固體激光器能夠達(dá)到非常高的平均功率和峰值功率,同時(shí)也可以產(chǎn)生極短的脈沖,這在精密加工和科學(xué)研究中有重要的應(yīng)用價(jià)值。

 

5、可靠性提升

 

現(xiàn)代固體激光器的可靠性和壽命都有所提高,這得益于對(duì)冷卻系統(tǒng)、光學(xué)元件保護(hù)以及整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不斷改進(jìn)。

 

6、成本降低

 

雖然固體激光器相對(duì)于氣體激光器等其他類型激光器來(lái)說(shuō)可能成本較高,但隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)成熟度的提高,其成本正在逐漸下降,從而使得它們更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

 

7、環(huán)境適應(yīng)性增強(qiáng)

 

為了克服大氣影響等限制因素,研究人員正在努力改善激光器的環(huán)境適應(yīng)性,例如通過(guò)使用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)來(lái)補(bǔ)償大氣湍流的影響。

 

固體激光器有哪些?

 

紅寶石激光器 (Ruby Laser)

工作物質(zhì):鉻離子(Cr3+)摻雜的鋁氧化物(Al2O3)晶體。

波長(zhǎng):694.3納米,屬于紅色可見(jiàn)光范圍。

特點(diǎn):是世界上第一臺(tái)激光器,通常以脈沖模式工作,具有高能量密度。

 

釹摻雜釔鋁石榴石激光器 (Nd:YAG Laser)

工作物質(zhì):三價(jià)釹(Nd3+)摻雜的釔鋁石榴石(Y3Al5O12)晶體。

波長(zhǎng):主要為1064納米(近紅外),但可以通過(guò)倍頻技術(shù)轉(zhuǎn)換成532納米(綠光)。

特點(diǎn):廣泛用于工業(yè)加工、醫(yī)療手術(shù)以及科學(xué)研究。

 

釹摻雜玻璃激光器 (Nd:Glass Laser)

工作物質(zhì):三價(jià)釹(Nd3+)摻雜的硅酸鹽玻璃。

波長(zhǎng):1054納米。

特點(diǎn):適用于大能量脈沖輸出,常用于核聚變研究中的慣性約束聚變實(shí)驗(yàn)。

 

鈦藍(lán)寶石激光器 (Ti:Sapphire Laser)

工作物質(zhì):鈦離子(Ti3+)摻雜的藍(lán)寶石(Al2O3)晶體。

波長(zhǎng):可調(diào)諧,覆蓋700至1000納米范圍。

特點(diǎn):以其寬廣的調(diào)諧范圍和超短脈沖能力而聞名,常用于科研領(lǐng)域,尤其是超快光譜學(xué)。

 

鉺摻雜釔鋁石榴石激光器 (Er:YAG Laser)

工作物質(zhì):鉺離子(Er3+)摻雜的釔鋁石榴石(Y3Al5O12)晶體。

波長(zhǎng):2940納米。

特點(diǎn):在牙科治療中特別受歡迎,因?yàn)樗軌虮凰土u基磷灰石強(qiáng)烈吸收。

 

銩摻雜釔鋁石榴石激光器 (Tm:YAG Laser)

工作物質(zhì):銩離子(Tm3+)摻雜的釔鋁石榴石(Y3Al5O12)晶體。

波長(zhǎng):2010納米。

特點(diǎn):在某些醫(yī)療應(yīng)用中有效,例如皮膚治療。

 

鈥摻雜釔鋁石榴石激光器 (Ho:YAG Laser)

工作物質(zhì):鈥離子(Ho3+)摻雜的釔鋁石榴石(Y3Al5O12)晶體。

波長(zhǎng):2100納米。

特點(diǎn):在泌尿外科和骨科手術(shù)中有廣泛應(yīng)用。

 

微片激光器 (Microchip Laser)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn):非常緊湊,由兩塊平行的反射鏡夾著一個(gè)薄薄的激活介質(zhì)層構(gòu)成。

波長(zhǎng):取決于激活介質(zhì)。

特點(diǎn):體積小,便于集成到各種設(shè)備中。

 

光纖激光器 (Fiber Laser)

盡管嚴(yán)格來(lái)說(shuō),光纖激光器不屬于傳統(tǒng)的“固體”類別,但它們的工作原理與固體激光器相似,且通常歸類于這一范疇。

工作物質(zhì):稀土元素?fù)诫s的光纖。

波長(zhǎng):多種,包括1064納米、1550納米等。

特點(diǎn):高效、可靠,適合連續(xù)或脈沖操作,廣泛應(yīng)用于材料加工。

 

固體激光器需要做哪些檢測(cè)?

 

固體激光器檢測(cè)一般涉及到兩項(xiàng)比較重要的檢測(cè),一項(xiàng)是固體激光器性能檢測(cè),一項(xiàng)是固體激光器安全等級(jí)檢測(cè),這是固體激光器最常見(jiàn)的兩種檢測(cè)。

 

固體激光器性能檢測(cè)主要是檢測(cè)固體激光器的性能參數(shù),一般多用在固體激光器研發(fā)、固體激光器招投標(biāo)、固體激光器交付項(xiàng)目中。

 

固體激光器安全等級(jí)檢測(cè)主要是檢測(cè)固體激光器的安全等級(jí),固體激光器安全等級(jí)檢測(cè)一般在出口貿(mào)易中,屬于強(qiáng)制性的檢測(cè)項(xiàng)目。

 

不同于固體激光器性能檢測(cè),固體激光器安全等級(jí)檢測(cè)多為強(qiáng)制性檢測(cè)項(xiàng)目。

 

固體激光器檢測(cè)機(jī)構(gòu)哪里找?

 

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