Introducción a los diferentes tipos de láseres.

Introduction to different types of lasers

El láser se produce mediante el proceso de radiación estimulada y es la abreviatura de "Amplificación de luz por emisión estimulada de radiación". La emisión estimulada fue propuesta por Einstein en 1917, y Dirac demostró por primera vez experimentalmente su existencia en 1927. El láser es otro invento importante de la humanidad desde el siglo XX, después de la energía atómica, las computadoras y los semiconductores. Es una especie de luz artificial y se la conoce como "el cuchillo más rápido", "la regla más precisa" y "la luz más brillante". . Un láser es un dispositivo generador de láser con tres componentes funcionales principales: fuente de bombeo, medio de ganancia y cavidad resonante. La fuente de bomba proporciona la fuente de luz para el láser. El medio de ganancia (también llamado material de trabajo) absorbe la energía proporcionada por la fuente de la bomba y amplifica la luz. La cavidad resonante es el circuito entre la fuente de luz de la bomba y el medio de ganancia. La cavidad resonante oscila en un modo seleccionado para emitir el láser.

El procesamiento láser es una tecnología que utiliza rayos láser de alta intensidad, enfocados por un sistema óptico, para procesar materiales (incluidos metales y no metales) mediante el movimiento relativo del rayo láser y la pieza de trabajo. Es muy utilizado en corte y grabado. , soldadura y microprocesamiento fino y muchos otros campos de producción industrial. El procesamiento láser tiene características importantes como una amplia gama de objetos de procesamiento, pequeñas deformaciones, alta precisión, bajo consumo de energía, baja contaminación, procesamiento a larga distancia y procesamiento automatizado. Se ha convertido en una nueva tecnología y método de fabricación.

Diferentes láseres utilizan diferentes medios o estructuras láser, longitudes de onda de oscilación, fuentes de excitación, etc. Los medios láser son una sustancia que contiene átomos que pueden convertir la energía de la luz de excitación en luz láser. Los tipos de láseres se clasifican según el tipo de medio y se pueden dividir a grandes rasgos en cuatro tipos. Es decir, láseres sólidos, láseres semiconductores, láseres de gas y láseres de fibra.

Tipos de láser

Medios láser

Longitud de onda

Láser sólido

Nd:YAG, Nd:YVO 4

1064nm

Láser de gas

CO2

10600nm

Láser semiconductor

AlGaAs, GaN

375-2000nm

Láser de fibra

Fibra dopada con Yb

1000-1150nm

Longitudes de onda de láseres disponibles comercialmente.

Longitudes de onda de láseres disponibles comercialmente.


Los láseres semiconductores, también conocidos como diodos láser, son láseres que utilizan materiales semiconductores como material de trabajo. Los láseres semiconductores toman como ejemplo los láseres semiconductores de inyección eléctrica. Generalmente se añaden GaN, GaAS y otros materiales al material semiconductor para fabricar un diodo de unión semiconductor. Cuando se inyecta una corriente lo suficientemente grande en el diodo, los electrones (cargados negativamente) en la región activa media se recombinarán espontáneamente con agujeros (cargados positivamente) y liberarán el exceso de energía en forma de fotones, que luego serán amplificados por múltiples reflexiones en la cavidad resonante para formar un láser.

Estructura básica del láser semiconductor.

Estructura básica del láser semiconductor.

El láser de gas CO2 es un láser que utiliza gas CO2 como medio. En el tubo lleno de gas CO2 están dispuestas placas de electrodos para generar la descarga. La placa del electrodo está conectada a una fuente de energía externa, lo que le permite ingresar energía de alta frecuencia como fuente de excitación. Se genera plasma en el gas debido a la descarga entre los electrodos y las moléculas de CO2 se convierten en un estado excitado. Cuando el número aumenta, comienza la emisión estimulada.

Estructura del láser de CO2

Estructura del láser de CO2

El láser sólido láser YAG es un láser sólido que utiliza cristal YAG como medio láser. YAG se refiere a la cristalización de granate de itrio y aluminio con la adición de neodimio. El láser está configurado de tal manera que los LD de excitación estén dispuestos en ambos lados paralelos al eje del cristal YAG. Se utiliza un par de espejos para formar un resonador y se coloca un interruptor Q entre ellos. Se utiliza para marcar, cortar, grabar y soldar metal.

Estructura del láser sólido YAG

Estructura del láser sólido YAG

El láser de fibra utiliza fibra óptica como medio y es el producto del desarrollo de la tecnología de amplificación de interrupciones para comunicaciones a larga distancia en un láser de salida de alta potencia. Las fibras ópticas constan de un núcleo que transmite luz en el centro y un revestimiento metálico que rodea el núcleo en círculos concéntricos. El láser de fibra utiliza este núcleo como medio láser para amplificar la luz. El láser de fibra generalmente está compuesto por luz pulsada llamada fuente de luz semilla (Seed Light) generada por un diodo láser (Seed LD), y luego amplificada por más de dos amplificadores de fibra. El LD de excitación está equipado con varios emisores de un solo tubo (uno para la capa emisora ​​de luz). Cada LD tiene una baja potencia de salida, por lo que tiene la ventaja de una carga térmica pequeña y logra una larga vida útil. Además, cuanto mayor sea el número de LD, mayor será la potencia de salida del láser que se podrá lograr. La eficiencia de oscilación del láser de fibra es alta y, en comparación con el láser sólido y el láser de gas, tiene las características de un menor consumo de energía.

Estructura del láser de fibra

Estructura del láser de fibra

La fibra óptica para amplificación (preamplificador, amplificador principal) tiene una estructura de tres capas, que incluye un núcleo y dos capas de revestimiento metálico. La luz de excitación ingresa al revestimiento metálico interno (revestimiento interior) y al núcleo con Yb agregado, lo que hace que los átomos dentro del núcleo se transformen en un estado excitado. El láser está encerrado en el núcleo y avanza, y luego se amplifica mediante la excitación de átomos. Cuanto más avanza en el medio, más fuerte es la intensidad. A diferencia de los láseres de estado sólido o de gas, la luz va en una dirección y no va hacia adelante y hacia atrás.

Estructura de fibra óptica para amplificación.

Estructura de fibra óptica para amplificación.

Tomando como ejemplo el láser azul, su longitud de onda es de 450 nm y es un láser semiconductor que utiliza GaN como material de trabajo. Gracias a la alta tasa de absorción de la luz azul con madera, metal, cerámica, materia orgánica, etc., y con la producción en masa y el aumento de potencia de los láseres semiconductores de luz azul en los últimos años, ha sido posible aplicarla a nivel de consumo. grabadores láser y reduce en gran medida el costo. En comparación con los grabadores de CO2 para el consumidor de aproximadamente $ 5,000, el precio de los grabadores láser azules de nivel básico, como LONGER RAY5 5W , es de solo $ 200, mientras que el precio de las máquinas de grabado láser azul de alta potencia de 40 W es de solo $ 1,399, como Láser B1 de 40 W MÁS LARGO , pero puede cortar profundidades de hasta 40 mm de tilo y 50 mm de acrílico.