激光種類(激光器的種類和特點(diǎn))
激光的波長(zhǎng)和激光的分類直接相關(guān),先看看激光的波長(zhǎng):
圖片來源wikipedia,圖片中大多數(shù)數(shù)據(jù)取自Weber's 《book Handbook of laser wavelengths》(韋伯《激光波長(zhǎng)手冊(cè)》)(如查看原圖請(qǐng)私信我)
波長(zhǎng)條上方顯示了不同的激光類型,下方顯示了可以在波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射的激光。線條的高度表示市售的最大功率/脈沖能量,而顏色將激光材料的類型編成代碼)。大多數(shù)數(shù)據(jù)來自韋伯的《激光波長(zhǎng)手冊(cè)》《Weber's book Handbook of laser wavelengths》。
激光分類的方法有很多,可分為固體、氣體、液體、半導(dǎo)體、染料和光纖等幾種類型:
(1)固體激光器(Solid state laser)一般體積小而堅(jiān)固,脈沖輻射功率較高,應(yīng)用范圍較廣泛。如:Nd:YAG激光器。Nd(釹)是一種稀土族元素,YAG代表釔鋁石榴石,晶體結(jié)構(gòu)與紅寶石相似。還有Tm:YAG,Ho:YAG,Ho:YAG 等等。
(2)半導(dǎo)體激光器(Semiconductor laser)體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,特別適于在飛機(jī)、軍艦、車輛和宇宙飛船上使用。半導(dǎo)體激光器可以通過外加的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、壓力等改變激光的波長(zhǎng),能將電能直接轉(zhuǎn)換為激光能,所以發(fā)展迅速。
(3)氣體激光器(Gas laser)是其中通過氣體釋放電流以產(chǎn)生相干光的激光器。單色性和相干性較好,激光波長(zhǎng)可達(dá)數(shù)千種,應(yīng)用廣泛。氣體激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、操作方便。在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、精密測(cè)量、全息技術(shù)等方面應(yīng)用廣泛。氣體激光器有電能、熱能、化學(xué)能、光能、核能等多種激勵(lì)方式。
(4)液體染料為工作物質(zhì)的染料激光器(Dye laser)于1966 年問世,廣泛應(yīng)用于各種科學(xué)研究領(lǐng)域?,F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的能產(chǎn)生激光的染料,大約 500 種左右。這些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它們還可以包含在有機(jī)塑料中以固態(tài)出現(xiàn),或升華為蒸汽,以氣態(tài)形式出現(xiàn)。所以染料激光器也稱為 “ 液體激光器 ” 。染料激光器的突出特點(diǎn)是波長(zhǎng)連續(xù)可調(diào)。燃料激光器種類繁多,價(jià)格低廉,效率高,輸出功率可與氣體和固體激光器相媲美,應(yīng)用于分光光譜、光化學(xué)、醫(yī)療和農(nóng)業(yè)。
(5)化學(xué)激光器(Chemical Laser)有些化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生足夠多的高能原子,就可以釋放出大能量,可用來產(chǎn)生激光作用。這主要是武器應(yīng)用。比如氟化氫激光器能夠提供兆瓦范圍內(nèi)的連續(xù)輸出功率。
(6)自由電子激光器(Free electron laser) 這類激光器比其他類型更適于產(chǎn)生很大功率的輻射。它的工作機(jī)制與眾不同,它從加速器中獲得幾千萬伏高能調(diào)整電子束,經(jīng)周期磁場(chǎng),形成不同能態(tài)的能級(jí),產(chǎn)生受激輻射。
(7)準(zhǔn)分子激光器(Excimer laser,其實(shí)也屬于氣體激光之一)是一種紫外氣態(tài)激光,處于激發(fā)態(tài)的惰性氣體和另一種氣體(惰性氣體或鹵素)結(jié)合的混合氣體形成的分子,向其基態(tài)躍遷時(shí)發(fā)射所產(chǎn)生的激光,稱為準(zhǔn)分子激光。準(zhǔn)分子激光屬于低能量激光,無熱效應(yīng),是方向性強(qiáng)、波長(zhǎng)純度高、輸出功率大的脈沖激光,光子能量波長(zhǎng)范圍為157-353納米,脈沖時(shí)間為幾十納秒,屬于紫外光。最常見的波長(zhǎng)有157 nm、193 nm、248 nm、308 nm、351-353 nm。
(8)光纖激光器(Fiber laser)利用光纖中的增益介質(zhì)(稀土元素)提供光信號(hào)的放大。光纖激光器有單端泵浦和雙端泵浦兩種,后者的輸出功率可以達(dá)到更高。還在研發(fā)中的相干合成技術(shù)可以進(jìn)一步擴(kuò)展輸出功率。
(8)從連續(xù)性來分類有連續(xù)激光(Continuous laser)和脈沖激光(Pulsed laser and Ultrashort pulsed laser), 脈沖激光:納秒 (10e-6秒), 皮秒 (10e-9秒), 和 飛秒 (10e-12秒)甚至阿秒 (10e-15秒)激光。
連續(xù)激光、較長(zhǎng)脈沖激光和超短脈沖激光,同樣作用在目標(biāo)表面上,熱效應(yīng)差異很大。
(9)其他類型的激光還有很多,拉曼激光(Raman laser)、金屬蒸汽激光(Metal-vapor lasers),等等。針對(duì)不同的應(yīng)用,還會(huì)有很多細(xì)分技術(shù)。
作為工業(yè)4.0的基礎(chǔ),激光將會(huì)有越來越大的作為,歡迎大家討論、交流,共同進(jìn)步。
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