一般的に使用される主流レーザーの紹介と応用

最初の固体パルスルビーレーザーの出現以来、レーザーの開発は非常に急速であり、さまざまな加工材料と動作モードを備えたレーザーが登場し続けています。レーザーはさまざまな方法で分類されます。

1. 動作モードに応じて、連続レーザー、準連続レーザー、パルスレーザー、超短パルスレーザーに分けられます。

連続レーザーのレーザー出力は連続的であり、レーザー切断、溶接、被覆の分野で広く使用されています。その作動特性は、作動物質の励起とそれに対応するレーザー出力を長期間にわたって連続的に継続できることです。連続動作中はデバイスの過熱効果が避けられないことが多いため、ほとんどの場合、適切な冷却対策を講じる必要があります。

パルスレーザーは出力が大きく、レーザーマーキング、切断、測距などに適しています。その動作特性には、狭いパルス幅を形成するためのレーザーエネルギー圧縮、高いピークパワー、主にQスイッチング、モードロックを含む調整可能な繰り返し周波数が含まれます。 、MOPA およびその他の方法。単一パルスパワーを高めることで過熱効果やエッジチッピング効果を効果的に低減できるため、主に微細加工に使用されます。

2. 使用帯域に応じて、赤外線レーザー、可視光レーザー、紫外線レーザー、X 線レーザーに分類されます。

中赤外レーザーは主に 10.6um CO2 レーザーであり、広く使用されています。

近赤外レーザーは、レーザー加工の分野で 1064 ～ 1070nm を含めて広く使用されています。光ファイバー通信の分野では1310nmと1550nm。 LIDAR 測距の分野では 905nm と 1550nm。ポンプ用途には878nm、976nmなど。

可視光レーザーは 532nm から 1064nm まで周波数を 2 倍にすることができるため、532nm 緑色レーザーはレーザー加工や医療用途などで広く使用されています。

UV レーザーには主に 355nm と 266nm があります。 UVは冷光源であるため、主に微細加工、マーキング、医療用途などに使用されます。

3. 作動媒体に応じて、ガスレーザー、ファイバーレーザー、固体レーザー、半導体レーザーなどに分類されます。

3.1 ガスレーザーには、主に CO2 ガス分子を作動媒体として使用する CO2 レーザーが含まれます。レーザー波長は10.6umと9.6umです。

主な特徴：

- 非金属材料の加工に適した波長であり、ファイバーレーザーでは非金属を加工できないという問題を補っており、加工分野におけるファイバーレーザー加工とは異なる特性を持っています。

-エネルギー変換効率は約20%〜25%で、連続出力電力は104Wのレベルに達し、パルス出力エネルギーは104ジュールのレベルに達し、パルス幅はナノ秒レベルに圧縮できます。

-波長は大気中の窓にあり、可視光線や1064nmの赤外光よりも人間の目にはるかに害が少ないです。

材料加工、通信、レーダー、化学反応、手術などに広く使用されています。また、レーザー誘起熱核反応、同位体のレーザー分離、レーザー兵器にも使用できます。

3.2 ファイバーレーザーとは、希土類元素をドープしたガラスファイバーを利得媒体として使用するレーザーを指します。優れた性能と特性、およびコストの利点により、現在最も広く使用されているレーザーです。特徴は次のとおりです。

(1) 良好なビーム品質：光ファイバの導波路構造により、ファイバレーザは単一横モード出力が得やすく、外的要因の影響を受けにくく、高輝度のレーザ出力が得られます。

(2) 出力レーザーの波長が多い。これは、希土類イオンのエネルギー準位が非常に豊富であり、希土類イオンの種類が多いためです。

(3) 高効率: 市販のファイバー レーザーの全体的な電気光学効率は 25% と高く、コスト削減、エネルギー節約、環境保護に有益です。

(4) 良好な放熱特性: ガラス材料は体積対面積比が非常に低く、熱放散が速く、損失が低いため、変換効率が高く、レーザーのしきい値が低くなります。

(5) コンパクトな構造と高い信頼性: 共振器内に光学レンズがないため、従来のレーザーにはない、調整不要、メンテナンス不要、安定性が高いという利点があります。

（６）製造コストが低い：ガラス光ファイバは、製造コストが低く、技術が成熟しており、光ファイバの巻き取り性による小型化、高強度化の利点がある。

ファイバーレーザーには、レーザーファイバー通信、レーザー空間長距離通信、産業用造船、自動車製造、レーザー彫刻、レーザーマーキング、レーザー切断、印刷ローラー、軍事防衛およびセキュリティ、医療機器および機器など、幅広い用途があります。他のレーザー用ポンプとして Pu Yuan など。

3.3 固体レーザーの作動媒体は絶縁結晶であり、一般に光ポンピングによって励起されます。

YAG レーザー (ルビジウムをドープしたイットリウム アルミニウム ガーネット結晶) では、ポンプ ランプとしてクリプトン ランプまたはキセノン ランプが一般的に使用されます。これは、ポンプ光の特定の波長のみが Nd イオンに吸収され、エネルギーの大部分が熱エネルギーに変換されるためです。通常、YAGレーザーのエネルギー変換効率は低いです。そして、処理速度の遅さは徐々にファイバーレーザーに取って代わられていきます。

新しい固体レーザー。半導体レーザーによって励起される高出力固体レーザーです。利点はエネルギー変換効率が高いことです。半導体レーザーの電気光変換効率は 50% と高く、フラッシュランプよりもはるかに高くなります。動作中に発生する反応熱が小さく、媒体温度が安定しており、完全に硬化したデバイスを作成できるため、振動の影響が排除され、レーザースペクトル線が狭く、周波数安定性が優れています。長寿命、シンプルな構造で使いやすい。

ファイバーレーザーに対する固体レーザーの主な利点は、単一パルスのエネルギーが高いことです。超短パルス変調と組み合わせると、連続電力は通常 100W を超え、ピークパルス電力は 109W に達する可能性があります。ただし、作動媒体の準備が複雑なため、コストが高くなります。

主な波長は1064nmの近赤外であり、周波数を2倍にすることで532nmの固体レーザー、355nmの固体レーザー、266nmの固体レーザーが得られます。

3.4 半導体レーザーは、レーザー ダイオードとも呼ばれ、動作物質として半導体材料を使用するレーザーです。

半導体レーザーは複雑な共振空洞構造を必要としないため、小型化と軽量化のニーズに非常に適しています。光電変換率が高く、長寿命でメンテナンスが不要です。ポインティング、表示、通信測距などによく使われます。他のレーザーのポンプ光源としてもよく使用されます。レーザーダイオードやレーザーポインターなど、身近な製品にはすべて半導体レーザーが使われています。