RP Photonics Encyclopedia - мощные лазеры, мощные, твердотельные, стержневые, слябы, тонкие диски, волоконный лазер

1. Технические проблемы
2. Типы мощных лазеров
3. Вопросы безопасности

Найти более подробную информацию о поставщике на конец статьи энциклопедии или зайдите в наш

Вас еще нет в списке? Получите вашу запись!

Лазеры с высокими выходными мощностями требуются для ряда Приложения например, для

• обработка материалов (сварка, резка, сверление, пайка, маркировка , модификация поверхности)
• крупномасштабные лазерные дисплеи (→ RGB источники )
• дистанционное зондирование (например, с LIDAR )
• медицинская приложения (например, хирургия)
• военные применения (например, противоракетное оружие)
• фундаментальная наука (например, ускорение частиц)
• вызванный лазером ядерный синтез (например, в Проект NIF )

Обработка материалов мощными лазерами является вторым по величине сегментом лазерных применений, касающихся глобальных оборотов (после связи).

Не существует общепринятого определения свойства «высокая мощность»; в контексте лазерной обработки материала это обычно означает несколько киловатт или, по крайней мере, несколько сотен ватт, тогда как для лазерных дисплеев несколько десятков ватт многие уже считаются высокими. В некоторых областях эта метка назначается просто для генерации значительно более высокой выходной мощности, чем у других лазеров, основанных на той же технологии; например, некоторые «мощные» лазерные указки излучают несколько сотен милливатт, тогда как обычные лазерные указки ограничены несколькими милливаттами.

Дополнительные аспекты вступают в игру для импульсные лазеры , Например, Пиковая мощность может быть так же важно, как средняя выходная мощность для Лазер с модуляцией добротности , В зависимости от частота повторения импульсов а также Продолжительность импульса пиковая мощность может быть очень высокой даже для лазера с умеренной средней выходной мощностью. Обычно от мощного лазера ожидается высокая средняя мощность, а не только высокая пиковая мощность.

Технические проблемы

Поколение высокого оптические силы В лазерах возникает ряд технических проблем:

• Для одного требуется один или несколько мощных источников накачки. В то время как лампа накачки изначально был единственным жизнеспособным подходом для большинства твердотельные лазеры , прокачка с высокой мощностью лазерные диоды ( диодные бары или же диодные стеки ) становится все более и более распространенным. Лазеры с диодной накачкой теперь предлагают самые высокие выходные мощности в непрерывная операция волны , Для очень высоких энергий импульса (например, десятки джоулей) накачка лампы еще более практична.
• По крайней мере, для длительной непрерывной работы, высокий эффективность розетки является важным экономическим фактором. К сожалению, различные технические проблемы (например, тепловые эффекты, см. Ниже), как правило, затрудняют достижение высокой эффективности при очень высоких уровнях мощности.
• Даже в довольно эффективном получить средний значительная часть мощности накачки преобразуется в тепло, что может иметь ряд вредных побочных эффектов. В худшем случае термически вызванное напряжение приводит к разрушению лазерный кристалл , Высокая мощность твердотельные лазеры также демонстрируют сильные тепловая линза что существенно затрудняет достижение качество луча , В лазерах с поляризованный выход , потеря деполяризации часто ставит под угрозу эффективность. Следовательно, эффективный отвод тепла и управление температурой являются важными вопросами и дополнительными мерами (например, в контексте конструкция резонатора ) часто требуются для борьбы с различными видами тепловых воздействий.
• Особенно в Лазеры с модуляцией добротности , очень высоко оптические интенсивности может произойти, что может привести к лазерное повреждение оптики (такой как лазерные зеркала ) например, через лазерный пробой , Даже если оптические интенсивности остаются значительно ниже порога повреждения всех оптических элементов, крошечные частицы пыли могут спровоцировать явления повреждения. Поэтому может быть важно поддерживать чистоту установки лазера, например, эксплуатируя его в герметичном корпусе, который можно открывать только в чистой комнате. Кроме того, может быть необходимо использовать прецизионную оптику с высокой порог оптического повреждения ,
• Различные типы нелинейные эффекты также может стать актуальным, особенно в мощные волоконные лазеры , Примеры стимулируются Комбинационное рассеяние , Бриллюэновское рассеяние а также четырехволновое смешивание ,
• Лазерные резонаторы с большим зоны эффективного режима как правило, чувствительны к разрегулированность и вибрации оптических компонентов. Поэтому может быть сложнее добиться надежной работы, не требующей технического обслуживания, и стабильность наведения луча ,

Типы мощных лазеров

Существует несколько различных типов мощных лазеров:

• Высокая мощность диодные бары а также диодные стеки уже упоминалось выше в качестве возможных источников насоса для твердотельные лазеры , Они позволяют генерировать киловатт выходной мощности, но с плохой качество луча , Для некоторых применений, где качество луча не является существенным, прямое использование мощных лазерных диодов (→ прямые диодные лазеры например, для лазерной сварки, пайки и пайки, облицовки и термообработки, это интересный вариант, предлагающий сравнительно простое, компактное, экономичное и энергоэффективное решение.
• Существуют различные типы Лампа накачкой или же диодной накачкой твердое состояние объемные лазеры , Стержневые лазеры может быть оптимизирован для нескольких киловатт выходной мощности, но дифракционный Качество луча возможно только до нескольких сотен ватт (при значительных усилиях). Сляб лазеры может быть разработан для десятков киловатт или более с относительно высоким качеством луча. Лазеры на тонких дисках легко генерировать сотни ватт с качеством луча, ограниченным дифракцией, и может достичь этого даже при уровнях мощности значительно выше 10 кВт. Энергетическая эффективность обычно довольно хорошая.
• Мощные волоконные лазеры и усилители может генерировать до нескольких киловатт с близким к дифракционно-ограниченные лучи и высокая энергоэффективность. При смягченных требованиях к качеству луча возможны даже значительно более высокие мощности. Строго говоря, такие оптоволоконные устройства часто не лазеры , но усилитель мощности генератора (MOPA) конфигурации.
• Немного газовые лазеры например, CO2 лазеры а также эксимерные лазеры Также подходят для сотен или тысяч ватт выходной мощности. Они обычно работают в других областях, чем твердотельные лазеры, например, в середине инфракрасный или же ультрафиолетовый область, край.
• Существуют химические лазеры с выходной мощностью в несколько киловатт или даже мегаватт, которые исследуются, например, в контексте противоракетного оружия.

Возможно, не очень практичная, но теоретически очень интересная концепция мощного лазера заключается в радиационно-сбалансированный лазер , Здесь тепловыделение в получить средний по существу устраняется оптическое охлаждение ,

Одним из аспектов, имеющих большое значение для дальнейшего развития лазера, является масштабирование мощности на основе определенных масштабируемых мощностей лазерных архитектур. Даже для не масштабируемых лазером типов может быть очень полезно понять масштабирующие свойства различных деталей или методов.

Вопросы безопасности

Использование мощных лазеров поднимает важные вопросы лазерная безопасность :

• Выходная мощность намного выше, чем может выдержать любой глаз, так что даже крошечные паразитные отражения должны быть надежно защищены от попадания в глаз. Даже использование сильно поглощающих лазерные очки может быть недостаточным, поскольку такие очки могут не выдерживать такие высокие оптические интенсивности в течение более короткого момента времени.
• Кожа и одежда рабочих также подвергаются риску в средах, где оптические силы и интенсивности достаточны, например, для лазерной резки металлов.
• Высокая мощность лазерные лучи может сжечь материалы, такие как пластмассы или дерево. Это легко происходит уже при мощности лазера порядка 1 Вт. Поэтому важна огнезащита. Кроме того, следует избегать образования ядовитых паров или эффективно удалять такие пары.
• Существуют различные типы рисков, которые не связаны с самими лазерными лучами. В частности, мощные источники электропитания часто связаны с высоким напряжением, что может привести к поражению электрическим током. Силовые кабели, которые могут быть повреждены в суровых промышленных условиях, также могут создавать опасность.

Важный принцип безопасности в области мощных лазеров заключается в том, чтобы заключить лазерную установку в сплошной корпус, а в идеале также в всю область, где могут присутствовать опасные лазерные лучи. Блокировки могут помешать работе лазера в тех случаях, когда люди находятся в опасной зоне.

Смотрите также: тепловая линза , нелинейностей , масштабирование мощности лазеров , тонкодисковые лазеры , сляб лазеры , стержневые лазеры , лазеры с ламповой накачкой , мощные волоконные лазеры и усилители , криогенные лазеры , радиационно-сбалансированные лазеры , прямые диодные лазеры , лазерная безопасность
и другие статьи в категории лазеры

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями и коллегами, например, через социальные сети:

Похожие

Комментарии