Введение в различные лазеры

Краткий список типов лазеров

Лазеры можно разделить на шесть типов в зависимости от используемой среды: твердотельные лазеры, газовые лазеры, жидкостные лазеры, Halbleiterlaser, химические лазеры и лазеры на парах металлов.

Festkörperlaser

Festkörperlaser sind Laser, die ein festes Medium verwenden. Das in diesen Lasern verwendete feste Material ist Glas oder kristallines Material. Funktionsprinzip von Festkörperlasern: Das in Festkörperlasern verwendete Glas oder kristalline Material fungiert zusammen mit dem Grundmaterial als ionische Verunreinigung. Unter Doping versteht man den Vorgang, bei dem einer Substanz Verunreinigungen hinzugefügt werden. Die in diesen Lasern verwendeten Legierungselemente sind Thulium (Tb), Erbium (Er) und Ytterbium (Yb), die zu den Seltenerdelementen gehören. Als Trägermaterialien werden Ytterbium-dotiertes Glas, Erbium-dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat, Erbium-dotiertes Glas und Saphir verwendet. Das am häufigsten verwendete Trägermaterial ist mit Erbium dotierter Yttrium-Aluminium-Granat. Anwendungen von Festkörperlasern: Der Einsatz dieser Laser erleichtert das Bohren von Löchern in Metallen. Sie werden häufig im militärischen Bereich eingesetzt. Vorteile von Festkörperlasern: Diese Laser haben eine kostengünstige Röhrenstruktur. Festkörperlaser haben einen einfachen Aufbau. Die Ausgangsstrahlung kann entweder kontinuierlich oder gepulst sein. Es besteht kaum oder gar kein Risiko für Abfallstoffe im aktiven Medium. Diese Laser sind hocheffizient. Nachteile von Festkörperlasern: Die Ausgangsstrahlung von Festkörperlasern ist gering. Die Divergenz dieses Lasertyps ist variabel und variiert zwischen 0,05 und 1 Grad. Durch die Erwärmung des Stabes kommt es im Laser zu Leistungsverlusten.

Газовые лазеры

Газовые лазеры имеют активную среду, состоящую из одного или нескольких газов или паров. Эти лазеры классифицируются как: атомарные газовые лазеры (гелий-неоновые лазеры), молекулярные газовые лазеры (лазеры на углекислом газе) и ионные газовые лазеры (аргон-ионные лазеры).

Жидкостные лазеры

Flüssigkeitslaser werden auch Farbstofflaser genannt. Dieser Lasertyp verwendet Flüssigkeit als aktives Medium. Der in Flüssigkeitslasern verwendete Wirkstoff wird Farbstoff genannt; Zu den gängigen Farbstoffen gehören Fluorescein, Rhodamin B und Rhodamin 6G. Funktionsprinzip von Flüssigkeitslasern: Das aktive Medium dieses Lasertyps ist ein organischer Farbstoff und das zu seiner Auflösung verwendete Lösungsmittel ist Wasser, Alkohol oder Ethylenglykol. Der Farbstoff wird aus dem Reservoir in die Kapillare gepumpt. Der Farbstoff verlässt die Röhre durch eine Blitzlampe. Der Ausgangsstrahl gelangt dann durch das Brewster-Fenster zum Ausgangskoppler, der ein 50 %-Reflektor ist. Die Ausgangswellenlänge kann in einem weiten Bereich eingestellt werden. Anwendungen von Flüssigkeitslasern: Diese Laser werden häufig in der Medizin und als Forschungsinstrumente eingesetzt. Vorteile von Flüssigkeitslasern: Hohe Effizienz. Möglichkeit, einen breiten Wellenlängenbereich zu erhalten. Kleiner Strahldurchmesser. Der Strahldivergenzwinkel beträgt 0,04 bis 0,1 Grad, was im Vergleich zu anderen Lasern relativ klein ist. Nachteile von Flüssigkeitslasern: Die hohen Kosten dieser Laser. Das Abstimmen eines Lasers auf eine bestimmte Frequenz erfordert den Einsatz von Filtern, was sie teurer als andere Lasertypen macht. Es ist schwierig zu bestimmen, welches Element Licht aussendet.

Полупроводниковые лазеры: Полупроводниковые лазеры — это небольшие лазеры. Они работают аналогично светодиодам, но выходной луч имеет характеристики лазера. Полупроводниковые диоды изготавливаются с использованием полупроводниковой технологии. Как работают Halbleiterlaser: Активным материалом, используемым в полупроводниковых лазерах, является арсенид галлия; поэтому эти лазеры также называются лазерами на арсениде галлия. Принцип работы полупроводникового лазера аналогичен принципу работы p-n-диода при прямом смещении. P-n-материалы подключаются к источнику питания постоянного тока через металлические контакты. Полупроводниковые лазеры также называются инжекционными лазерами, потому что ток инжектируется в соединение между p- и n-материалами. Применения Halbleiterlaser:Diese Laser werden natürlich als Sender in der digitalen Kommunikation eingesetzt, da sie Licht mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Pulsdauern aussenden können. Sie werden auch häufig in der Glasfaserkommunikation eingesetzt.Vorteile von Halbleiterlasern: Они имеют множество применений благодаря своим малым размерам. Эти лазеры очень экономичны. Не используются зеркала. Потребляемая мощность низкая. Недостатки полупроводниковых лазеров: Угол расхождения луча составляет 6–20 градусов, что больше, чем у других типов лазеров. Выходной луч имеет необычную форму, поскольку используемая среда короткая и прямоугольная. Рабочие характеристики этого типа лазеров зависят от температуры, такие как выходная мощность и центральная длина волны.

Химические лазеры:Chemische Laser erzeugen Laserlicht durch chemische Reaktionen. Beispielsweise können bei einer chemischen Reaktion von Fluor- und Wasserstoffatomen Fluorwasserstoffmoleküle in einem angeregten Zustand entstehen. So kann durch schnelles Mischen zweier ionischer Gase Laserstrahlung erzeugt werden, sodass keine zusätzliche Energie erforderlich ist; Starke Lichtenergie kann direkt aus einer chemischen Reaktion erzeugt werden. Die beiden Haupttypen von Geräten sind Fluorwasserstoff (HF) und Deuteriumfluorid (DF). Der erste hat eine Laserwellenlänge von 2,6 bis 3,3 Mikrometern und der zweite von 3,5 bis 4,2 Mikrometern. Diese rein chemischen Laser erreichen derzeit Ausgangsleistungen von mehreren Megawatt und ihre Wellenlängen reichen vom nahen bis mittleren Infrarot. Diese Laser breiten sich leicht in der Atmosphäre oder durch optische Fasern aus. Da chemische Laser durch chemische Reaktionen Laserlicht erzeugen, sind sie relativ kompakt und gut für Feldanwendungen geeignet; Insbesondere können sie Hochleistungslaser herstellen, die für militärische Zwecke und in der Kernfusion eingesetzt werden können.

Metalldampflaser, beispielsweise Kupferdampflaser, erzeugen hauptsächlich grünes (510,5 nm) und gelbes (578,2 nm) Licht und erreichen eine Durchschnittsleistung von 100 W und eine Spitzenleistung von 100 kW. Ihre Hauptanwendung ist die Pumpquelle für Flüssigkeitslaser. Darüber hinaus können sie in der Hochgeschwindigkeits-Pulsfotografie, im Großbildprojektionsfernsehen und in der Materialbearbeitung eingesetzt werden.