Классификация лазеров

Современные лазеры можно разделить ПО АКТИВНОМУ ЭЛЕМЕНТУ на

– твердотельные,
– газовые,
– жидкостные,
– полупроводниковые,
– газодинамические.

К твердотельным лазерам относят лазеры на рубине, стекле, активированном неодимом, иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ); пластмассах и других диэлектрических кристаллах и кристаллах с ионной структурой. Эффект стимулированного излучения обнаружен более чем у 250 диэлектрических кристаллов с примесью ионов переходных групп. Спектр излучения твердотельных лазеров лежит в основном в видимой и ближней инфракрасной области. Наибольшее промышленное применение нашли активные элементы из рубина, стекла, активированного неодимом, и иттрий-алюминиевого граната.

Рубиновые лазеры могут работать в импульсном и непрерывном режиме. Максимальная скорость повторения импульсов у этих лазеров обычно не превышает нескольких импульсов в минуту.

Лазеры на стекле (активированном неодимом) используют в тех случаях, когда требуются редкие импульсы большой энергии. Лазеры этого типа обеспечивают генерацию импульсов с энергией до 1000 Дж при длительности импульса ~1 мс. В необходимых случаях с помощью этих лазеров можно получать пикосекундные импульсы.

Лазеры на иттрий-алюминиевом гранате могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режиме. На частоту повторения импульсов у лазеров на ИАГ практически нет ограничений. Лазеры этого типа обеспечивают генерацию как коротких, так и длинных импульсов; хорошо работают в режиме модуляции добротности и в режиме синхронизации мод. Энергия импульсов длительностью ~1 мс обычно не превышает нескольких джоулей при генерации в режиме нулевой моды и порядка нескольких сотен джоулей при генерации в много-модовом режиме.


Газовые лазеры объединяют лазеры на нейтральных атомах, на ионизированных газах, на двухатомных и многоатомных молекулах. Наибольшее распространение получили лазеры на линиях Aril, лежащих в зелено-голубой области видимого спектра. За ними следуют лазеры на красной и желтой линиях KrII, на голубой и УФ-линиях Cdll, на УФ-линиях Znll, Arlll и Xelll. Среди молекулярных лазеров наибольшее распространение получили лазеры на молекулах СО и СО2, генерирующие излучение в ИК-диапазоне и характеризуемые высоким значением коэффициента усиления, выходной мощности и КПД, как в импульсном, так и в непрерывном режимах. Значительный интерес представляют лазеры на парах металлов, в которых генерация осуществляется на переходах атомных частиц, т. е. на переходах атомов или атомных ионов.

Газодинамические лазеры, представляющие собой разновидность молекулярных газовых лазеров, у которых источником энергии служат колебательно-возбужденные молекулы, содержащиеся в газе, нагретом до высокой температуры. Активная среда газодинамических лазеров представляет собой трехкомпонентную смесь, излучающую в инфракрасной области спектра (10,6 мкм).

Газовые лазеры объединяют также и химические лазеры, в которых энергия излучения получается за счет неравновесного распределения химической энергии среди продуктов реакции. В химических лазерах происходит прямое преобразование химической энергии в энергию высоконаправленного электромагнитного излучения. Химические лазеры генерируют излучение в основном в инфракрасном спектре.

Эксимерные лазеры генерируют импульсное излучение в УФ-области спектра. Для этого типа лазеров характерна длительность импульсов порядка нескольких наносекунд, частота повторения импульсов несколько сотен герц, выходная энергия не превышает десятых долей джоуля. Диаметр пучка составляет несколько сантиметров, угол расходимости — несколько мрад.

Практическое использование из газовых лазеров нашли Не—Ne лазеры, Не—Cd лазеры, Аг- и Кг-ионные лазеры, СО2лазеры и лазеры на галогенидах инертных газов (эксимерные).


Жидкостные лазеры характеризуются использованием в качестве активного элемента жидких сред — металлоорганических и неорганических. Эти лазеры генерируют излучение в видимом, ультрафиолетовом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. Сочетая в себе ряд достоинств, присущих твердотельным и газовым лазерам, жидкостные лазеры выходят в число весьма перспективных лазеров для применения некоторых научных и технических задач, где определяющее значение имеют монохроматичность и когерентность излучения. Благодаря возможности достаточно просто перестраивать длину волны генерируемого излучения в диапазоне от 0,2 до 1,0 мкм, лазеры этого типа перспективны для применения в метрологии, метеорологии, спектроскопии, при получении чистых химических веществ, при решении некоторых задач в медицине и биологии, в фотохимии.

Выделение в отдельную группу полупроводниковых лазеров, хотя используемые в них полупроводники являются твердыми телами, объясняется существенным отличием характера генерации излучения. Длина волны излучения, генерируемого полупроводниковыми лазерами, лежит в интервале от ближнего ультрафиолетового до инфракрасного диапазона спектра. Полупроводниковые лазеры отличаются малыми габаритами и энергопотреблением.

В настоящее время широко применяются полупроводниковые инфракрасные инжекционные лазеры, позволяющие перестраивать длину волны путем изменения электрических и физических параметров. Мощность излучения таких лазеров в многомодовом режиме обычно составляет несколько милливатт, а в одномодовом режиме она не превышает одного милливатта. Импульсная мощность у полупроводниковых лазеров может достигать 1 кВт и более. Излучение полупроводниковых лазеров характеризуется достаточно большим углом расходимости.

Полупроводниковые лазеры находят применение в системах сигнализации, считывания информации в голографических запоминающих устройствах, стыковки космических кораблей, дальнометрии, переговорных устройствах, системах видения в ночных и плохих метеорологических условиях, оптических линиях связи и многих других областях, где не требуются большие мощности и энергии.


ПО МОЩНОСТИ (ЭНЕРГИИ) ГЕНЕРИРУЕМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ лазеры разделяют на
– маломощные,
– средней мощности,
– мощные и
– сверхмощные.

Эта характеристика лазера связана как с активным элементом, так и возможной областью практического использования лазера.

К маломощным лазерам относят такие лазеры, излучение которых не вызывает заметных изменений в облучаемом веществе.

В тех случаях, когда излучение способно вызвать разо¬грев облучаемого материала до температур плавления без интенсивного испарения, его называют излучением средней мощности
.
Лазеры, излучение которых способно разрушать облучаемый материал, называют мощными.

При работе сверхмощных лазеров возможно возникновение ионизирующего излучения. Такое деление лазеров является достаточно субъективным. Однако учет степени опасности генерируемого излучения делает разделение лазеров по энергетическим характеристикам более конкретным.


ПО РЕЖИМУ РАБОТЫ лазеры разделяют в зависимости от процесса генерации излучения. Лазеры в зависимости от продолжительности активизации активной среды могут генерировать непрерывное или импульсное излучение.

Продолжительность импульса может колебаться от фемтосекунд (10~15 с) или пикосекунд (10~12 с) до больших долей секунды. Если лазер излучает импульсы продолжительностью менее одной наносекунды (10~9 с), то это будет лазер с синхронизированными модами. Если лазер излучает импульсы от нескольких наносекунд (не) до 100 не, то речь идет о лазере "с модуляцией добротности". Если за излучением лазера с оптической накачкой следует излучение лампы вспышки, то такой лазер называется лазером с длительным импульсом или нормальным импульсом. Лазеры, которые характеризуются непрерывным излучением в течение периодов, превышающих 1 с, называются "непрерывными лазерами". Лазеры, которые излучают группы или "серии" импульсов, называются "импульсно периодическими", а частота импульсов называется "частотой повторения импульсов" (ЧПИ).


ПО ДЛИНЕ ГЕНЕРИРУЕМОЙ СВЕТОВОЙ ВОЛНЫ лазеры разделяют на

– рентгеновские,
– ультрафиолетовые видимого спектра,
– ближнего инфракрасного спек¬тра,
– инфракрасные.

В настоящее время генерация лазерного излучения получена в широком спектральном диапазоне от ультрафиолетовой до субмиллиметровой области (ориентировочно от 0,1 мкм до 1 мм). В остальных спектральных диапазонах возможность генерации лазерного излучения пока доказана лишь теоретически или имеются опытные образцы лазеров, не вышедшие за пределы исследовательских лабораторий. Длина волны лазерного излучения связана с активным элементом и непосредственно влияет на величину предельно допустимого уровня излучения, воздействующего на различные органы или ткани человека.

Метод создания инверсной населенности (метод накачки) зависит от активного элемента. В различных лазерах используют следующие методы накачки: электрический разряд (самостоятельный, тлеющий, дуговой), который осуществляется либо постоянным током, либо полем высокой частоты, либо с помощью внешнего ионизатора, например пучка быстрых электронов; оптическую накачку с помощью ксеноновых или криптоновых ламп; накачку с помощью химических реакций; тепловую накачку.

распечатать

Похожие публикации

Назначение лазеров

Назначение (цель использования лазера) определяет выбор основных технических характеристик лазера и требования к его конструкции. В зависимости от того, какие свойства лазерного излучения используют для достижения поставленной цели, можно условно выделить три направления применения лазеров....

Лазерное сканирование / Справочник
Подробнее...

Фиксация и обмеры памятника архитектуры

Еще в древних трактатах по архитектуре отмечалось, что композиция здания основана на соответствии мер, особенности которых должны внимательно соблюдать архитекторы. Таким образом, чтобы изучить и понять памятник архитектуры, особенно когда он искажен и подлежит реставрации, исследование не может...

Справочник
Подробнее...

Применение инфракрасной съемки при обследовании архитектурных объектов

Съемка в инфракрасном диапазоне широко применяется в различных областях науки (географии, экологии, медицине, энергетике и других), так как позволяет дистанционными методами выявлять области с различными структурными особенностями в строении объектов. При проведении обследований архитектурных...

Новости
Подробнее...

Программный комплекс ScanIMAGER

Программный комплекс ScanIMAGER предназначен для обработки результатов трехмерного лазерного сканирования применительно к архитектурным обмерам. Он построен по модульному принципу и поставляется в различных модификациях.
Подробнее...

Новочеркасский войсковой собор, полет по облаку точек

3D модель горельефа Е.В. Вучетича, ВДНХ, г.Москва

© Photorgammetria.ru, 2006—2018. Разработка и поддержка TCSE-CMS.com