Что такое твердотельный (YAG) лазер

Когда точность производства вошла в эру микрометров, компания Jiangpin Technology перерисовала промышленные границы с помощью твердотельных лазеров — этого "луча света", использующего твердотельные кристаллы в качестве энергетического ядра, обладающего точной сваркой и маркировкой, а также длинами волн от инфракрасного до ультрафиолетового диапазона, что установило стандарт китайской точности в жилах печатных плат (PCB), аккумуляторных ядер и экранов. Теперь давайте вместе взглянем на твердотельные лазеры:

Твердотельные лазеры — это лазеры на основе твердых активных сред (например, кристаллов или стекол, легированных ионами редкоземельных или переходных металлов), которые могут вырабатывать мощность от нескольких милливатт до нескольких киловатт. Многие твердотельные лазеры используют вспышковые лампы или дуговые лампы для светового накачивания. Эти источники накачки относительно недороги и могут обеспечивать очень высокую мощность, но их эффективность довольно низкая, срок службы средний, а также наблюдаются сильные тепловые эффекты в активной среде, такие как термический линзовый эффект. Лазерные диоды чаще всего используются для накачки твердотельных лазеров, и эти диодно-накачиваемые твердотельные лазеры (DPSS-лазеры, также известные как полностью твердотельные лазеры) обладают многими преимуществами, такими как компактная установка, длительный срок службы и превосходное качество пучка. Их режим работы может быть непрерывным, то есть они могут генерировать непрерывный лазерный выход, или импульсным, то есть производить короткие высокомощные лазерные импульсы.

Принцип работы:

В твердотельных лазерах в качестве активной среды используется твердый материал. Как правило, все твердые материалы используют оптическую накачку, то есть источник света применяется как источник энергии для подачи энергии в среду усиления. Электроны в среде усиления возбуждаются до более высокого энергетического уровня после поглощения энергии накачки. В возбужденном состоянии некоторые электроны переходят с более высоких энергетических уровней на специфические метастабильные энергетические уровни. Время жизни метастабильных состояний дольше, чем у других возбужденных состояний, поэтому энергия может использоваться для хранения и накопления. Когда электрон в метастабильном состоянии возвращается к основному состоянию, он испускает фотон с определенной энергией и длиной волны. Сгенерированные фотоны многократно отражаются внутри резонатора лазера. Этот механизм обратной связи усиливает стимулированное излучение, тем самым создавая мощный лазерный пучок. Часть усиленного света проходит через некоторые зеркала, образуя лазерный выход. Выходной пучок обычно имеет узкую полосу частот и характеризуется определенной длиной волны, связанной с разностью энергий между метастабильным состоянием и основным состоянием.

Тип твердотельного лазера:

Мощность выхода малых диодно-накачиваемых лазеров Nd:YAG (лазеры YAG) или Nd:YVO4 (лазеры ванадатов) обычно находится в пределах от нескольких милливатт (для микроустройств) до нескольких ватт. Импульсная длительность, генерируемая Q-выключенным лазером, составляет несколько наносекунд, энергия импульса измеряется микроджоулями, а пиковая мощность достигает нескольких киловатт. Внутрирезонаторное удвоение частоты может использоваться для получения зеленого излучения.

Q-выключенные лазеры Nd:YAG широко применяются в лампово-накачиваемых версиях. Импульсная накачка позволяет получить высокую энергию импульса, при этом средняя выходная мощность обычно умеренная (например, несколько ватт). Стоимость этого типа лампово-накачиваемого лазера ниже, чем у диодно-накачиваемой версии с аналогичной выходной мощностью.

Волоконные лазеры представляют собой особый тип твердотельных лазеров, обладающих потенциалом высокой средней выходной мощности, высокой энергоэффективностью, высоким качеством луча и широкой настройкой длины волны.
Твердотельные лазеры (особенно представленные волоконными лазерами и твердотельными лазерами с накачкой диодами) заняли доминирующее положение в широком спектре областей, таких как обработка металлов, точная микропроцессинговая обработка и медицинское лечение твердых тканей, благодаря их отличным характеристикам короткой длины волны, крайне высокому качеству луча, мощной ультракороткой импульсной способности, компактной структуре, крайне высокой надежности и низким требованиям к обслуживанию. И они продолжают способствовать инновациям и развитию лазерных технологий. Окончательный выбор технологии зависит от всестороннего учета конкретных требований приложения, свойств материалов и экономической эффективности.