Material de trabajo del láser

Según los diferentes estados físicos de los materiales de trabajo, los láseres se pueden dividir en las siguientes categorías: Láseres sólidos (cristal y vidrio). Los materiales de trabajo utilizados en este tipo de láseres son capaces de producir radiación estimulada. efectos que se obtienen incorporando iones metálicos en la matriz de cristal o vidrio que constituye el centro luminoso de los láseres de gas, la sustancia de trabajo que utilizan es el gas y, además, se distinguen en átomos en función de las diferentes propiedades de las partículas de trabajo en el gas que realmente. producen el efecto de radiación estimulada Láseres de gas, láseres de gas iónico, láseres de gas molecular, láseres de gas excimer, etc. Entre ellos, los iones metálicos (como el Nd) desempeñan el papel de partículas de trabajo, mientras que los líquidos compuestos inorgánicos (como el SeOCl2) desempeñan el papel de láseres semiconductores de matriz; este tipo de láser utiliza un determinado material semiconductor como sustancia de trabajo; El principio es excitar partículas mediante un determinado método de excitación (inyección eléctrica, bombeo óptico o inyección de haz de electrones de alta energía) y realizar partículas excitando portadores que no están en equilibrio entre las bandas de energía de los materiales semiconductores o entre bandas de energía. y niveles de energía de impurezas. El láser de electrones libres es un tipo especial de láser nuevo. Su material de trabajo es un haz de electrones libres direccional que se mueve a alta velocidad bajo los cambios periódicos del campo magnético espacial, siempre que cambie la velocidad del libre. El haz de electrones puede producir radiación electromagnética coherente sintonizable. En principio, el espectro de radiación coherente puede pasar de la banda de rayos X a la región de microondas, por lo que tiene una perspectiva muy atractiva. Láser cuyo medio es gas y que excita la luz láser mediante una descarga.

Láser de helio-neón: la fuente emisora ​​de luz roja más importante (632,8 nm).

Láser de dióxido de carbono: con una longitud de onda de unas 10,6 μm (infrarrojos), es un importante láser industrial.

Láser de monóxido de carbono: La longitud de onda es de unos 6-8 μm (infrarrojos) y sólo puede funcionar en condiciones de baja temperatura.

Láser de nitrógeno: 337,1 nm (UV).

Láseres de iones de argón: Disponibles en varias longitudes de onda, 457,9 nm (8), 476,5 nm (12), 488,0 nm (20), 496,5 nm (12), 501,7 nm (5) y 514,5 nm ( 43 ) (de azul a verde).

Láser de helio-cadmio: la fuente más importante de luz azul (442 nm) y láser casi ultravioleta (325 nm).

Láser de iones de criptón: Hay muchas longitudes de onda, 350,7 nm, 356,4 nm, 476,2 nm, 482,5 nm, 520,6 nm, 530,9 nm, 586,2 nm, 647,1 nm (la más fuerte), 676,4 nm, 752,5 nm, 799,3 nm (de azul a rojo intenso).

Láser de iones de oxígeno

Láser de iones de xenón

Láser de gases mixtos: no contiene gas puro, sino una mezcla de varios gases (normalmente argón, criptón, etc.) .

Láseres excimer: como KrF (248 nm), XeF (351-353 nm), ArF (193 nm), XeCl (308 nm), F2 (157 nm) (todos ultravioleta).

Láseres de vapor de metal: Por ejemplo, los láseres de vapor de cobre tienen longitudes de onda entre 510,6 y 578,2 nm. Dado que el efecto de mejora es tan bueno, se puede prescindir del espejo resonante.

Láseres de halogenuros metálicos: como los láseres de bromuro de cobre, con longitudes de onda entre 510,6 y 578,2 nm. Gracias al muy buen efecto de mejora se puede prescindir de espejos resonantes.

Los láseres de excitación química son una forma especial. La excitación se produce mediante reacciones químicas en el medio. Los medios son desechables y se consumen una vez utilizados. Es ideal para condiciones de alta potencia y aplicaciones militares.

Láser de ácido clorhídrico

Láser de yodo El medio de este láser es un sólido y el material de trabajo se excita mediante el bombeo óptico de lámparas, conjuntos de láseres semiconductores y otros láseres. Las lentes térmicas son un inconveniente de la mayoría de los láseres de estado sólido.

Láser de Rubí: El primer láser del mundo El 7 de julio de 1960, el joven científico estadounidense Maiman anunció el nacimiento del primer láser del mundo. Este láser es un láser de rubí, y su longitud de onda de trabajo es media. Es 6943, el estado de funcionamiento es de un solo pulso, cada pulso es del orden de 1 ms y la energía de salida es del orden de julios.

Granate de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG): el láser de estado sólido más utilizado, la longitud de onda operativa es generalmente de 1064 nm, esta longitud de onda son los cuatro niveles de energía del sistema y existen otros Niveles de energía que pueden generar otras longitudes de onda láser.

Nd: YVO4 (vanadato de itrio dopado con neodimio): el láser de estado sólido de baja potencia más utilizado, la longitud de onda operativa es generalmente de 1064 nm y puede producir un láser verde de 532 nm a través de multiplicadores de cristal no lineales KTP y LBO. .

Yb:YAG (Granate de Itrio y Aluminio dopado con iterbio): Adecuados para salidas de alta potencia, los láseres de disco óptico de este material tienen grandes ventajas en el campo del procesamiento industrial con láser.

Láser de titanio zafiro: amplio rango de ajuste de longitud de onda (670 nm ~ 1200 nm)

El láser semiconductor también se llama diodo láser semiconductor, o simplemente diodo láser (Laser Diode, LD). Debido a la particularidad de la estructura del material semiconductor en sí y a la particularidad de las reglas de movimiento de electrones en el material semiconductor, las características de trabajo del láser semiconductor tienen su propia particularidad. Un láser semiconductor es un dispositivo que utiliza un determinado material semiconductor como material de trabajo para producir una emisión estimulada. Su principio de funcionamiento es lograr el transporte de corriente de no equilibrio mediante un determinado método de excitación entre las bandas de energía de los materiales semiconductores (banda de conducción y banda de valencia), o entre las bandas de energía de los materiales semiconductores y los niveles de energía de las impurezas (anfitrión o donante). El número de partículas de electrones se invierte y la emisión estimulada se produce cuando una gran cantidad de electrones y huecos se recombinan en el estado invertido del número de partículas. Hay tres formas principales de excitar láseres semiconductores: inyección eléctrica, bombeo óptico y excitación por haz de electrones de alta energía. Los láseres semiconductores inyectados eléctricamente son generalmente diodos de unión de superficies semiconductoras hechos de arseniuro de galio (GaAs), sulfuro de cadmio (CdS), fosfuro de indio (InP), sulfuro de zinc (ZnS) y otros materiales. Se inyecta corriente a lo largo de la polarización directa. para producir emisión estimulada en la región del plano de unión. Los láseres semiconductores bombeados ópticamente generalmente utilizan monocristales semiconductores de tipo N o tipo P (como GaAS, InAs, InSb, etc.) como material de trabajo y utilizan láseres emitidos por otros láseres como excitación de bomba óptica. Los láseres semiconductores de excitación por haz de electrones de alta energía generalmente utilizan monocristales semiconductores de tipo N o tipo P (como PbS, CdS, ZhO, etc.) como materiales de trabajo y se excitan mediante haces de electrones de alta energía inyectados externamente. Entre los dispositivos láser semiconductores, el láser de diodo de arseniuro de galio inyectado eléctricamente con doble heteroestructura tiene mejor rendimiento y se utiliza más ampliamente. Los láseres semiconductores se bombean mediante corriente inyectada. La cobertura de longitud de onda de los láseres semiconductores va desde bandas ultravioleta a infrarrojas (300 nm a más de diez micrones), de las cuales 1,3 um y 1,55 um son las dos ventanas para la transmisión de fibra óptica. Los láseres semiconductores tienen características sobresalientes como alta eficiencia de conversión de energía, fácil modulación de corriente de alta velocidad, ultraminiaturización, estructura simple y larga vida útil, lo que los convierte en el tipo de láser más importante y valioso. LAN, los láseres semiconductores de longitud de onda de 1300 nm-1550 nm son adecuados para sistemas LAN de 1 Gb. La aplicación de láseres semiconductores cubre todo el campo de la optoelectrónica y se ha convertido en la tecnología central de la ciencia optoelectrónica actual. Los láseres semiconductores se han utilizado ampliamente en alcance láser, lidar, comunicaciones láser, armas de simulación láser, advertencia láser, seguimiento de guía láser, encendido y detonación, control automático, instrumentos de detección y otros campos, formando un amplio mercado. En 1978, los láseres semiconductores comenzaron a usarse en sistemas de comunicación de fibra óptica. Los láseres semiconductores pueden usarse como fuentes de luz e indicadores para comunicaciones de fibra óptica y para formar sistemas optoelectrónicos a través de procesos planos de circuitos integrados a gran escala. Los láseres semiconductores se pueden utilizar como fuentes de luz e indicadores de comunicación de fibra óptica, y también se pueden utilizar para formar sistemas optoelectrónicos a través de procesos planos de circuitos integrados a gran escala.

Dado que los láseres semiconductores tienen características excelentes, como tamaño ultrapequeño, alta eficiencia y operación de alta velocidad, el desarrollo de este tipo de dispositivos se ha integrado estrechamente con la tecnología de comunicación óptica desde el principio. Desempeña un papel importante en la comunicación óptica, fotoeléctrica. conversión, interconexión óptica y ondas de luz paralelas. Tiene usos importantes en sistemas, procesamiento de información óptica y almacenamiento óptico, acoplamiento óptico de periféricos ópticos de computadora, etc. La llegada de los láseres semiconductores ha promovido en gran medida el desarrollo de la tecnología optoelectrónica de la información. Hoy en día, es la fuente de luz más importante y de más rápido crecimiento para las comunicaciones por fibra óptica láser en el campo actual de las comunicaciones ópticas. Los láseres semiconductores acoplados con fibras ópticas de baja pérdida han tenido un impacto significativo en las comunicaciones por fibra óptica y han acelerado el desarrollo de las comunicaciones por fibra óptica. Por tanto, se puede decir que sin la aparición de los láseres semiconductores, hoy no existiría la comunicación óptica. Los láseres de heterounión doble GaAs/GaAlA son fuentes de luz importantes para las comunicaciones por fibra óptica y las comunicaciones atmosféricas. En la actualidad, todos los sistemas de transmisión de información óptica de gran capacidad y larga distancia utilizan láseres semiconductores de retroalimentación distribuida (DFB-LD). Los láseres semiconductores también se utilizan ampliamente en la tecnología de discos ópticos, que es una tecnología integral que integra tecnología informática, tecnología láser y tecnología de comunicación digital. Es un método de almacenamiento de información de gran capacidad, alta densidad, rápido, eficaz y de bajo coste. Requiere un láser semiconductor para generar un haz para escribir y leer información.

Modo de excitación

① Láser de bomba óptica. Se refiere al modo de excitación de bomba óptica de los láseres, incluidos casi todos los láseres sólidos y líquidos, así como algunos láseres de gas y láseres semiconductores. Láser excitado eléctricamente. La mayoría de los láseres de gas se excitan mediante descarga de gas (descarga de CC, descarga de CA, descarga de pulso, inyección de haz de electrones). Los láseres semiconductores más comunes se excitan mediante inyección de corriente de unión. Algunos láseres semiconductores también pueden excitarse mediante excitación de haz de electrones. . Láser químico. Esto se refiere específicamente al método de utilizar reacciones químicas para liberar la energía de sustancias activas para excitar láseres. Se opone a la esperanza de utilizar reacciones químicas para excitación de luz, excitación de descarga y excitación química. Láser de bomba nuclear. Se refiere a un tipo de láser especial que utiliza específicamente la pequeña energía liberada por las reacciones de fisión nuclear para excitar materiales de trabajo, como los láseres de helio-argón con bombeo nuclear.

Métodos de trabajo

Debido a los diferentes materiales de trabajo, métodos de excitación y propósitos de aplicación de los láseres, sus métodos de trabajo y estados de trabajo también son diferentes, y se pueden dividir en los siguientes principales: tipos. ① Láser continuo, su característica de trabajo es emitir el láser correspondiente excitando el material de trabajo, lo que se puede realizar de forma continua durante un largo rango de tiempo. Todos los láseres sólidos excitados por fuentes de luz continua y láseres de gas y láseres semiconductores excitados por fuentes eléctricas continuas. Pertenece a este tipo. Dado que el inevitable efecto de sobrecalentamiento del dispositivo se produce a menudo durante el funcionamiento continuo, en la mayoría de los casos se requieren medidas de refrigeración correspondientes. Láseres de un solo pulso. Para este tipo de láser, la excitación del material de trabajo y la correspondiente emisión del láser son siempre un proceso de un solo pulso. Generalmente, los láseres sólidos, los láseres líquidos y algunos láseres de gas especiales utilizan este método. Los efectos son insignificantes, por lo que no se requieren medidas especiales de enfriamiento. Láseres de pulsos repetitivos La característica de este tipo de dispositivos es que su salida es una serie de pulsos láser repetidos. Para ello, el dispositivo puede excitarse repetidamente en forma de pulsos, o puede excitarse de forma continua, pero. De cierta manera, modular el proceso de oscilación del láser para obtener una salida de láser de pulso repetitivo generalmente requiere medidas de enfriamiento efectivas para el dispositivo. El láser Q-switched es un láser de pulso que utiliza cierta tecnología de conmutación para obtener una alta potencia de salida. Su principio de funcionamiento es que después de que el número de partículas del material de trabajo forma un estado de inversión, sin generar oscilación láser (el interruptor está cerrado), cuando el número de partículas se acumula a un nivel suficientemente alto, el interruptor se abre repentinamente momentáneamente, provocando así un corto período de tiempo. Se forman una oscilación láser muy fuerte y una salida de láser de pulso de alta potencia dentro de un cierto período de tiempo (como 10 a 10 segundos). La oscilación del láser y la salida de láser pulsado de alta potencia se pueden formar en muy poco tiempo (por ejemplo, 10-10 segundos) (consulte Tecnología' class=linkgt; Tecnología de ajuste láser).

(5) Láser de modo bloqueado, que es un tipo especial de láser que utiliza tecnología de bloqueo de modo. Su característica de funcionamiento es que existe una relación de fase definida entre los diferentes modos longitudinales de la cavidad del pene, de modo que en el campo de. Vista del láser Aparece una serie de secuencias de pulsos ultracortos (ancho de pulso de 10 a 10 segundos) equidistantes en el tiempo. Si se utiliza además una tecnología de conmutación óptica rápida especial, se puede seleccionar un único pulso láser ultracorto de la secuencia de pulsos anterior. (ver tecnología de molde de bloqueo láser). (6) Láseres monomodo y láseres de frecuencia estabilizada. Los láseres monomodo se refieren a láseres que funcionan en un solo modo transversal o en un solo modo longitudinal después de adoptar cierta tecnología de limitación de modo. Los láseres de frecuencia estabilizada se refieren a láseres que utilizan cierto control automático; mide un dispositivo láser especial cuya longitud de onda o frecuencia de salida se estabiliza dentro de un cierto rango de precisión; en algunos casos, se puede hacer que un láser especial funcione en modo único y tenga la capacidad de estabilizar automáticamente la frecuencia (consulte tecnología de estabilización de frecuencia del láser). piezas (ver tecnología de estabilización de frecuencia láser). (7) Láseres sintonizables. En circunstancias normales, la longitud de onda de salida del láser es fija, pero utilizando una tecnología de sintonización especial, la longitud de onda del láser de salida de algunos láseres se puede cambiar de forma continua y controlable dentro de un cierto rango. llamado láser sintonizable (consulte Tecnología de sintonización láser).

Rango de longitud de onda

Según los diferentes rangos de longitud de onda del láser de salida, se pueden distinguir diferentes tipos de láseres de la siguiente manera. El rango de longitud de onda de salida de los láseres de infrarrojo lejano está entre 25 y 1000 micras. La salida de algunos láseres de gas molecular y de electrones libres pertenece a esta área. Los láseres de infrarrojo medio se refieren a dispositivos láser con longitudes de onda de salida en la región del infrarrojo medio (2,5 a 25 micrones), representadas por láseres de gas molecular de CO2 (10,6 micrones) y láseres de gas molecular de CO (5 a 6 micrones). (Los láseres de infrarrojo cercano se refieren a dispositivos láser cuya longitud de onda del láser de salida se encuentra en la región del infrarrojo cercano (0,75-2,5 micrones), representada por láseres sólidos dopados con neodimio (1,06 micrones), láseres de diodos semiconductores de CaAs (aproximadamente 0,8 micrones) y ciertos Los láseres de gas son un tipo de equipo láser con una longitud de onda de salida en la región del espectro visible (4000 ~ 7000 Å o 0,4 ~ 0,7 μm), representado por un láser de rubí (6943 Å), un láser de helio-neón (6328). Å), y láser de iones de argón (4880 Å), 5145 Å), láseres de iones de criptón (4762 Å, 5208 Å, 5682 Å, 6471 Å), así como algunos láseres sintonizables, 6471 Å) y algunos láseres de tinte sintonizables, etc. . Representado por láseres de moléculas de nitrógeno (3371 Å), láseres excímeros de fluoruro de xenón (XeF) (3511 Å, 3531 Å), láseres excímeros de fluoruro de criptón (KrF) (2490 Å) y algunos láseres de colorantes sintonizables. (6) Láser ultravioleta de vacío, su rango de longitud de onda del láser de salida está en la región del espectro ultravioleta de vacío (50-2000 Å), como el láser molecular (H) (1644-1098 Å), el láser excímero de xenón (Xe) (1730 Å) , etc. representan. (7) Láser de rayos X se refiere a un sistema láser con una longitud de onda de salida en la región espectral de rayos X (0,01-50 Å). Los rayos X suaves se han desarrollado con éxito, pero aún se encuentran en la etapa de exploración.

Historia

La invención del láser es uno de los mayores logros de la ciencia y la tecnología del siglo XX. Finalmente, brinda a las personas la capacidad de impulsar el proceso de luminiscencia de moléculas y átomos con escalas extremadamente pequeñas, números enormes y movimientos caóticos, obteniendo así la capacidad de generar y amplificar rayos infrarrojos, luz visible y rayos ultravioleta (incluso rayos X) coherentes. y rayos γ). El auge de la ciencia y la tecnología del láser ha llevado la comprensión y utilización de la luz por parte de la humanidad a un nuevo nivel. La historia del nacimiento del láser se puede dividir a grandes rasgos en varias etapas, entre las cuales el concepto de emisión estimulada propuesto por Einstein en 1916 constituye su importante base teórica. Esta teoría establece que cuando una partícula material en un estado de alta energía es afectada por un fotón con una energía igual a la diferencia de energía entre los dos niveles de energía, se transformará en un estado de baja energía y producirá un segundo fotón, que es Se emite simultáneamente con el primer fotón. Esta es radiación estimulada.

La salida de luz de esta radiación es amplificada y coherente, lo que significa que se emiten múltiples fotones exactamente con la misma dirección, frecuencia, fase y polarización.

Etapa de desarrollo

Desde entonces, el establecimiento y desarrollo de la mecánica cuántica ha brindado a las personas una comprensión más profunda de la microestructura y las leyes de movimiento de la materia, la distribución del nivel de energía, las transiciones y el movimiento de Se han demostrado aún más cuestiones como la radiación de fotones, lo que también ha mejorado objetivamente la teoría de la emisión estimulada de Einstein y ha sentado las bases teóricas para la generación de láseres. Tras el nacimiento de la electrónica cuántica a finales de la década de 1940, se aplicó rápidamente al estudio de la interacción entre la radiación electromagnética y diversos sistemas de partículas microscópicas, y se desarrollaron muchos dispositivos correspondientes. El rápido desarrollo de estas teorías y tecnologías científicas creó las condiciones para la invención del láser.

Si el número de partículas en un sistema en un estado de alta energía es mayor que el número de partículas en un estado de baja energía, se producirá un estado de inversión del número de partículas. En este momento, siempre que un fotón esté excitado, obligará a un átomo en un estado de alta energía a excitarse para irradiar el mismo fotón. Estos dos fotones harán que otros átomos se exciten para irradiar, logrando así una amplificación de la luz; Si se agrega una retroalimentación adecuada de la cavidad resonante, se formará una oscilación óptica, emitiendo así luz láser. Así funcionan los láseres. En 1951, los físicos estadounidenses Purcell y Pound invirtieron con éxito el número de partículas en un experimento y obtuvieron una radiación estimulada de 50 kilohercios por segundo. Posteriormente, el físico estadounidense Charles Towns y los físicos soviéticos Masov y Prokhorov propusieron sucesivamente diseños para generar y amplificar microondas utilizando los principios de la radiación estimulada de átomos y moléculas.

Sin embargo, la mayor parte de las investigaciones teóricas y experimentales mencionadas anteriormente sobre espectroscopia de microondas eran "ciencia pura", y si los láseres podrían desarrollarse con éxito era todavía una cuestión muy lejana en ese momento.

Etapa de madurez

Pero los esfuerzos de los científicos finalmente han dado resultados. En 1954, el físico estadounidense Townes finalmente construyó el primer máser de haz molecular de amoníaco, que fue pionero con éxito en el uso de la radiación de microondas de sistemas moleculares y atómicos como amplificadores u osciladores coherentes.

El máser de microondas desarrollado por Downs y otros produce microondas con una longitud de onda de sólo 1,25 cm y una potencia muy baja. En 1958, Downes y su cuñado Arthur Shollo combinaron el conocimiento teórico de los máseres con la óptica y la espectroscopia y propusieron el uso de resonadores abiertos y la prevención de la coherencia y directividad del láser, el ancho de línea y las características de ruido. Durante el mismo período, Basov, Prokhorov y otros también propusieron un esquema principal para lograr la amplificación de la luz mediante la emisión estimulada de radiación.

Desde entonces, muchos laboratorios de todo el mundo han participado en una feroz competencia de investigación y desarrollo para ver quién puede construir y operar con éxito el primer láser del mundo.

En 1960, el físico estadounidense Theodore Mayman apenas ganó la carrera mundial por el desarrollo en su laboratorio de investigación de Miami, Florida. Utilizó un tubo de destello de alta intensidad para estimular los átomos de cromo en el cristal de rubí, produciendo un haz de luz roja muy concentrado y delgado. Cuando el haz de luz roja apunta a un punto, puede hacer que el punto alcance una temperatura más alta. que la del sol.

El diseño de Maiman causó conmoción y escepticismo en la comunidad científica, que había estado observando y esperando los láseres de helio-neón.

Aunque Maiman fue el primer científico en introducir el láser en aplicaciones prácticas, hubo una considerable controversia en los tribunales sobre quién inventó realmente la tecnología. Uno de los contendientes fue Gordon Gould, el inventor de la palabra "láser" (abreviatura de "emisión estimulada de amplificador de frecuencia óptica"). Acuñó el término en 1957 mientras trabajaba en su doctorado en la Universidad de Columbia. Al mismo tiempo, Townes y Schowlow, los inventores del máser de microondas, también propusieron el concepto de láser. El tribunal finalmente dictaminó que Downs ganó porque su documento de investigación precedió al de Gould en nueve meses. Sin embargo, el derecho de Maiman a inventar el láser permaneció inquebrantable.

En diciembre de 1960, Jawan, un científico estadounidense nacido en Irán, tomó la iniciativa en el desarrollo del primer láser de gas del mundo, un láser de helio-neón.

En 1962, tres grupos de científicos inventaron casi al mismo tiempo el láser semiconductor. En 1966, los científicos desarrollaron un láser de colorante orgánico cuya longitud de onda podía ajustarse continuamente dentro de un rango determinado. Además, se han lanzado uno tras otro láseres químicos con gran energía de salida, alta potencia y que no dependen de la red eléctrica.

Aplicaciones principales

El láser es uno de los componentes centrales esenciales de los sistemas de procesamiento láser modernos. Con el desarrollo de la tecnología de procesamiento láser, los láseres también avanzan constantemente y han surgido muchos láseres nuevos. Los primeros láseres para procesamiento láser eran principalmente láseres de gas CO2 de alta potencia y láseres YAG sólidos bombeados por lámpara. Desde la perspectiva de la historia del desarrollo de la tecnología de procesamiento láser, el primer láser apareció en el láser de CO2 de tubo sellado a mediados de la década de 1970, y se desarrolló hasta convertirse en la quinta generación del láser de CO2: el láser de CO2 enfriado por difusión. Del desarrollo de los primeros láseres de CO2 se puede ver que su dirección de desarrollo tiende a aumentar la potencia del láser. Sin embargo, cuando la potencia del láser alcanza ciertos requisitos, la calidad del rayo láser se toma en serio y el desarrollo del láser cambia. la mejora de la calidad del haz. Los láseres de CO2 que aparecen en láminas enfriadas por difusión cerca del límite de difracción tienen una buena calidad de haz y se han utilizado ampliamente, especialmente en el campo del corte por láser, y son los preferidos por muchas empresas.

A principios del siglo XXI apareció un nuevo tipo de láser: el láser semiconductor. En comparación con los láseres tradicionales de estado sólido de CO2 y YAG de alta potencia, los láseres semiconductores tienen ventajas técnicas obvias, como tamaño pequeño, peso ligero, alta eficiencia, bajo consumo de energía, larga vida útil y absorción de metal por los láseres semiconductores. Con el continuo desarrollo de la tecnología de láseres semiconductores, también se están desarrollando rápidamente otros láseres de estado sólido basados ​​en láseres semiconductores, como los láseres de fibra, los láseres de estado sólido bombeados por semiconductores y los láseres de láminas. Entre ellos, los láseres de fibra se están desarrollando rápidamente, especialmente los láseres de fibra dopados con tierras raras, que deberían usarse ampliamente en comunicaciones de fibra óptica, detección de fibra óptica, procesamiento de materiales con láser y otros campos.

Debido a las diversas características sobresalientes de los láseres, se utilizan rápidamente en la industria, la agricultura, las mediciones y pruebas de precisión, las comunicaciones y el procesamiento de información, el tratamiento médico, el ejército y otros aspectos, y han causado revoluciones en muchos campos. . descubrimiento. Además de utilizarse en comunicaciones militares, visión nocturna, alerta temprana, medición de distancias, etc., las armas láser y las armas guiadas por láser también se han puesto en práctica.

1. El láser se utiliza como fuente de calor. El rayo láser es pequeño y potente. Si se enfoca con una lente, la energía puede concentrarse en un área pequeña y generar un calor enorme. Por ejemplo, las personas pueden usar la concentración y la energía extremadamente alta del láser para procesar diversos materiales y pueden perforar 200 agujeros en una aguja como una especie de láser, el láser puede causar estimulación, mutación, quema, vaporización, etc. en organismos vivos; El medio de acción ha logrado buenos resultados en aplicaciones prácticas en medicina y agricultura.

2. Alcance láser. Como fuente de luz de alcance, el láser puede medir largas distancias con alta precisión debido a su buena directividad y alta potencia.

3. Comunicaciones láser. En el campo de las comunicaciones, los cables ópticos que utilizan columnas láser para transmitir señales pueden transportar la misma cantidad de información que 20.000 cables de cobre telefónicos.

4. Aplicación de la fusión nuclear controlable en el aire. El láser se dispara a la mezcla de deuterio y tritio, y les aporta una enorme energía, generando alta presión y alta temperatura, lo que hace que los dos núcleos atómicos de helio y neutrones se fusionen y, al mismo tiempo, liberan una enorme energía de radiación. Como la energía del láser se puede controlar, el proceso se denomina fusión controlada.

En el futuro, con más investigación y desarrollo de la tecnología láser, el rendimiento de los láseres mejorará aún más y el costo se reducirá aún más, pero su alcance de aplicación seguirá expandiéndose y desempeñará un papel cada vez más importante. papel importante.

Un puntero láser es un láser que utiliza un láser pequeño y de baja potencia para señalar. Es un producto civil general y también se le llama puntero láser, lápiz señalador, etc. Es un producto con una amplia gama de usos: las unidades de enseñanza y de investigación científica lo utilizan como dispositivo de vídeo para la enseñanza, informes académicos, reuniones y otras ocasiones como instrucciones para las unidades militares; las unidades turísticas lo utilizan para instrucciones del sistema de comando en pantalla grande; guías turísticos; decoración de edificios La unidad de supervisión proporciona instrucciones para la aceptación de la construcción y decoración, etc.

En algunas ocasiones también se puede utilizar como herramienta indicadora fija y también se puede utilizar como regalo;

Resumen

Existen muchos tipos de láseres de dióxido de carbono que emiten pulsos y se utilizan ampliamente en la investigación científica y la industria. Si se compara con la energía emitida por cada pulso, el láser de dióxido de carbono pulsado es el más potente entre los láseres de pulso. Hablando de eso, tenemos que volver al problema que una vez estudió el pionero del láser Downs: la generación de ondas milimétricas. Con el desarrollo de la tecnología láser, muchos científicos han comenzado a abordar este problema: utilizando láseres de descarga o potentes láseres de dióxido de carbono como fuentes de luz de excitación para excitar moléculas de gas como fluorometano, amoníaco, etc., y ampliar gradualmente la longitud de onda del láser emitido. Comienza con decenas de micras y luego llega a cientos de micras, es decir, ondas submilimétricas. Desde mediados de los años 1960 hasta mediados de los años 1970, con el desarrollo de la tecnología de microondas, los científicos generaron ondas milimétricas basadas en principios y métodos láser. De este modo, la brecha entre las ondas de luz y las microondas se llena con el descubrimiento continuo de nuevos láseres infrarrojos.

A través de la investigación, los científicos han descubierto que las ondas milimétricas tienen un valor práctico: la absorción de ondas milimétricas por la atmósfera es muy pequeña y el impacto de obstaculizar su propagación también es muy pequeño, por lo que pueden usarse como una nueva herramienta de comunicación atmosférica.

Otro nuevo láser especial se puede llamar vívidamente "camaleón". No es un dragón, pero puede cambiar de color; siempre que gires la perilla del láser, podrás obtener láseres de diferentes colores como rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta.

¿Están también relacionados los tintes y el láser? De nada. Las sustancias activas de este tipo de láser son colorantes como la carbocianina, la rodina y la cumarina. Los científicos aún no han descubierto los niveles de energía molecular y las estructuras atómicas de estos tintes. Sólo saben que se diferencian de los átomos gaseosos y las estructuras iónicas de las sustancias de trabajo gaseosas, mientras que los láseres producidos por los gases tienen una longitud de onda específica. por tintes tienen una gama más amplia de longitudes de onda o pueden tener varios colores. La cavidad óptica de un láser de colorante contiene un elemento óptico llamado rejilla. A través de él, podrás elegir el color del láser según tus necesidades, al igual que elegir escuchar estaciones de radio de diferentes frecuencias desde una radio.

Perspectivas de futuro

La fuente de luz de excitación de los láseres de tinte es el bombeo óptico, es decir, el láser de las lámparas de xenón pulsadas o los láseres de moléculas de nitrógeno. Se puede decir que el uso de un láser de un color como bomba óptica para producir láseres de otros colores es una de las características de los láseres de tinte.

Este tipo de láser puede cambiar la longitud de onda del láser producido en cualquier momento según sea necesario, y se utiliza principalmente para la investigación espectral. Muchas sustancias absorben selectivamente la luz de ciertas longitudes de onda, lo que resulta en un fenómeno de vibración extrema; . Los científicos utilizan estos fenómenos para analizar sustancias y comprender la estructura de los materiales. También utilizan estos láseres para generar nuevos láseres y estudiar algunos fenómenos ópticos y espectrales peculiares.

Propenso a accidentes

Al utilizar una máquina de corte por láser, el láser puede provocar los siguientes accidentes: (1) El láser emitido por el láser está contaminado con materiales inflamables y provoca un incendio. . Todos sabemos que la potencia de los generadores láser es muy alta, especialmente las máquinas de corte por láser de alta potencia, y la temperatura del láser emitido es muy alta. Cuando el rayo láser está contaminado con materiales inflamables, la posibilidad de provocar un incendio es muy alta. (2) Se pueden generar gases nocivos durante el funcionamiento de la máquina. Por ejemplo, al cortar con oxígeno, este reaccionará químicamente con el material de corte, produciendo sustancias químicas desconocidas o impurezas como partículas finas. Cuando estas sustancias se absorben en el cuerpo, pueden causar reacciones alérgicas o molestias en los pulmones y otras vías respiratorias. Se deben tomar medidas de protección durante la operación. (3) La irradiación láser directa puede causar daños al cuerpo humano. Los daños causados ​​por el láser al cuerpo humano incluyen principalmente daños a los ojos y la piel. Entre los daños causados ​​por el láser, el daño que el cuerpo humano causa a los ojos es el más grave. Y el daño a los ojos es permanente. Así que asegúrese de proteger sus ojos cuando trabaje. Por lo tanto, se debe prohibir estrictamente el acercamiento de artículos inflamables a la máquina en el entorno de corte y se debe mantener la ventilación. El lugar de trabajo también debe estar equipado con un extintor de incendios. El personal debe tomar medidas de autoprotección al operar.

Outlook

Los láseres de fibra pueden alcanzar una salida láser en la banda de 800 nm-2100 nm, con una potencia máxima de 10 000 vatios. Las áreas de aplicación se han ampliado desde las comunicaciones ópticas hasta el procesamiento láser y el marcado láser. , e imágenes., bioingeniería, medicina y salud y otros campos.

La tendencia de desarrollo futuro de los láseres de fibra se reflejará en los siguientes aspectos:

(1) El rendimiento del láser de fibra en sí: cómo mejorar la potencia de salida y la eficiencia de conversión, optimizar la calidad del haz, acortar el ganar longitud de fibra y mejorar la estabilidad del sistema. El rendimiento y hacerlo más compacto y compacto será el foco de futuras investigaciones en el campo de los láseres de fibra.

(2) Desarrollo de nuevos láseres de fibra: en el dominio del tiempo, los láseres de fibra bloqueados en modo de pulso ultracorto con ciclos de trabajo más pequeños siempre han sido un tema candente en la investigación de láseres de fibra de pulso de femtosegundo de alta potencia. láseres Siempre ha sido un objetivo a largo plazo de las personas. Los avances en la investigación en este campo no solo pueden proporcionar fuentes de luz ideales para la multiplexación por división de tiempo de comunicaciones ópticas (OTDM), sino también impulsar láseres de manera efectiva. Los avances en este campo no solo pueden proporcionar fuentes de luz ideales para la multiplexación por división de tiempo (OTDM) de comunicaciones ópticas, sino que también pueden promover eficazmente el desarrollo de industrias relacionadas, como el procesamiento láser, el marcado láser y el cifrado láser. En el dominio de la frecuencia, los láseres de fibra sintonizables y de salida de banda ancha se convertirán en un punto de investigación. Un láser de fibra no lineal que utiliza materiales ZEBLAN (Zr, Ba, La, Al, Nd) ha atraído mucha atención. Este láser tiene un amplio ancho de banda. Con las características de baja pérdida y la longitud de onda que se puede convertir en varias bandas, es elogiado por los expertos como el material de comunicación de próxima generación, tal como la producción en masa y se utilizará para impresión láser y pantallas grandes. Después de la producción en masa, generará un mercado multimillonario en los campos de la impresión láser y las pantallas grandes. Es previsible que con la mejora de las tecnologías relacionadas, los láseres de fibra se desarrollen en campos más amplios y puedan convertirse en una nueva generación de fuentes de luz para reemplazar los láseres sólidos y los láseres semiconductores, formando una nueva industria.