Các Loại Laser Chính

Lasers đang tồn tại khắp mọi nơi xung quanh chúng ta. Bác sĩ phẫu thuật sử dụng chúng để phẫu thuật mắt và điều trị ung thư. Nhà sản xuất sử dụng chúng để xử lý vật liệu, cắt, đánh dấu, hàn, làm sạch và tạo kết cấu cho nhiều loại vật liệu khác nhau. Một số người cần chúng để xóa hình xăm hoặc lột tóc, và mọi người đều đã từng chứng kiến màn trình diễn ánh sáng laser trong các buổi biểu diễn âm nhạc. Gần đây, các ứng dụng mới như hình ảnh laser ba chiều đang xuất hiện.

Các loại laser khác nhau được sử dụng cho những ứng dụng này. Dựa trên môi trường tăng trưởng của chúng, các loại laser được phân loại thành năm loại chính:

• Laser khí: Sử dụng dòng điện thông qua chất khí để tạo ra ánh sáng thông qua quá trình đảo ngược dân số. Các loại laser khí bao gồm laser carbon dioxide (CO2), laser helium-neon, laser argon, laser krypton và laser excimer.

• Laser chất rắn: Sử dụng chất rắn (tinh thể hoặc thủy tinh) pha trộn với các nguyên tố trùng lập hiếm làm nguồn lợi tức. Các loại laser chất rắn phổ biến nhất là laser ruby và laser Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminum garnet).

• Laser sợi quang: Là một loại đặc biệt của laser chất rắn, trong đó chất lợi tức là một sợi quang kính (thủy tinh silica) pha trộn với một nguyên tố trùng lập hiếm. Các loại laser sợi quang phổ biến bao gồm laser ytterbium và laser erbium-doped.

• Laser lỏng: Sử dụng chất lỏng hữu cơ dạng nước làm chất lợi tức. Các loại laser lỏng được biết đến là laser màu và được sử dụng trong y học laser, phân tích phổ, lột hạ sắc tố và tách đồng vị.

• Laser bán dẫn: Gọi là cảm biến laser hay laser diode, tương tự như một diode thông thường nhưng có một lớp nội sinh tạo ra bức xạ tự ngẫu. Các loại laser bán dẫn phổ biến là diode laser và quantum cascade laser.

Bên cạnh đó, các loại laser này cũng có thể được chia thành các tiểu loại dựa trên phương thức hoạt động của chúng: laser sóng liên tục và laser xung. Ngoài ra, còn có nhiều loại laser xung khác nhau.

Trước khi phân biệt các loại laser, điều quan trọng là ghi nhớ điều gì là laser thực sự.

Laser là gì?

Laser là một thiết bị tạo ra ánh sáng dưới dạng tia laser. Tia laser khác với tia sáng ở chỗ tia laser có màu đơn sắc (một màu duy nhất), hợp y (cùng tần số và hình dạng sóng) và hợp lệch (đi theo cùng một hướng).

Laser cung cấp thông tin “hoàn hảo” này, lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.

Các loại laser bao gồm ba thành phần chính:

• Nguồn năng lượng: Bơm ánh sáng vào chất lợi tức. Nó thay đổi tùy theo loại laser, có thể là một diode laser, một dòng điện, một phản ứng hóa học, một bóng đèn flash, hoặc thậm chí là một laser khác.

• Chất lợi tức: Phát ánh sáng với bước sóng cụ thể khi được kích thích bởi ánh sáng. Nó được xem là nguồn tăng tức quang. Các loại laser thường được đặt theo tên của chất lợi tức. Ví dụ, trong laser CO2, chất lợi tức là khí CO2.

• Bộ kích lên: Tăng tức quang quang cảnh, nhờ vào gương bao quanh chất lợi tức. Điều này bao gồm gương dạng hạt ở laser chất rắn, gương cắt hoặc phủ ở laser diode và gương Bragg ở laser sợi quang.

Các Loại Laser

Laser khí

Laser khí là một loại laser mà dòng điện được đưa qua chất khí để tạo ánh sáng thông qua quá trình đảo ngược dân số. Ví dụ về laser khí bao gồm laser carbon dioxide (CO2), laser helium-neon, laser argon, laser krypton và laser excimer.

Các loại laser khí được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm holography, phân tích phổ, quét mã vạch, đo lường ô nhiễm không khí, xử lý vật liệu và phẫu thuật laser. Laser CO2 là loại laser khí phổ biến nhất và chủ yếu được sử dụng để đánh dấu, cắt và hàn kim loại.

Laser chất rắn

Laser chất rắn sử dụng chất rắn pha trộn với một nguyên tố trùng lập hiếm làm nguồn tăng tức. Chất pha trộn thông thường là thụ lục, crom, erbium, thulium hoặc itterbi.

Laser ruby là loại laser chất rắn được biết đến nhiều nhất vì nó là loại laser đầu tiên được xây dựng. Laser Nd:YAG (neodymium-doped yttrium aluminum garnet) cũng phổ biến trong các ứng dụng xử lý vật liệu. Laser chất rắn cũng được sử dụng trong công nghệ LIDAR cũng như các ứng dụng y tế, bao gồm xóa hình xăm và lột sợi, phẫu thuật mô và loại bỏ sỏi thận.

Laser sợi quang

Laser sợi quang là một loại đặc biệt của laser chất rắn và được xem là một loại riêng biệt. Trong laser sợi quang, chất lợi tức là một sợi quang (kính silica) pha trộn với một nguyên tố trùng lập hiếm.

Các tính chất dẫn ánh sáng của sợi quang là điều làm cho loại laser này khác biệt: tia laser thẳng và nhỏ hơn so với các loại laser khác, làm cho nó cực kỳ chính xác. Laser sợi quang cũng nổi tiếng với diện tích nhỏ, hiệu suất điện tử tốt, ít bảo dưỡng và chi phí vận hành thấp.

Laser sợi quang được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm xử lý vật liệu (làm sạch laser, tạo kết cấu, cắt, hàn, đánh dấu), y học và vũ khí năng lượng hướng.

Các ví dụ về laser sợi quang được sử dụng cho những ứng dụng này bao gồm laser ytterbium và laser erbium-doped.

Laser lỏng (Laser màu)

Laser lỏng sử dụng một chất lợi tức dạng lỏng hữu cơ. Nó còn được gọi là laser màu và được sử dụng trong y học laser, phân tích phổ, loại bỏ nốt ruồi và tách đồng vị.

Một trong những lợi ích của laser lỏng là chúng có thể tạo ra một loạt bước sóng rộng hơn, làm cho chúng trở thành ứng viên tốt cho các loại laser có thể điều chỉnh, có nghĩa là có thể kiểm soát bước sóng trong quá trình vận hành.

Trong quá trình tách đồng vị bằng laser ví dụ, các loại laser được điều chỉnh cho các tần số nguyên tử cụ thể. Sau đó, chúng được điều chỉnh cho một izotơ cụ thể để ion hóa các nguyên tử, khiến chúng trở nên trung hòa thay vì mang điện tích âm hoặc dương. Sau đó, chúng được tách ra bằng một trường điện, đạt được điều gọi là phân ly izotơ.

Laser bán dẫn (Laser diode)

Laser diode, còn được gọi là diode laser hoặc semiconductor laser, tương tự như diode thông thường vì nó có một liên kết tích dương-tích âm (PN). Sự khác biệt là laser diode có một lớp nội sinh tạo ra phát xạ tự ngẫu. Lớp nội sinh được mài mịn để tạo ra các photon được gia tăng, cuối cùng chuyển đổi dòng điện thành ánh sáng laser.

Mặc dù hầu hết các laser bán dẫn là diode laser, nhưng cũng có một số loại laser bán dẫn không sử dụng cấu trúc diode, chẳng hạn như quantum cascade laser và optically pumped semiconductor laser.

Tương tự như laser sợi quang, diode laser có thể được phân loại như laser chất rắn vì chất lợi tức của chúng là rắn. Tuy nhiên, chúng thuộc một loại riêng vì có liên kết PN.

Laser diode thường được sử dụng làm nguồn năng lượng để bơm cho các loại laser khác. Các loại laser này được gọi là laser bán dẫn được bơm. Trong các trường hợp này, laser diode thường được xếp thành các mảng để bơm thêm năng lượng, như được hiển thị trong ảnh sau.

Laser diode rất phổ biến. Chúng được sử dụng trong đầu đọc mã vạch, bút laser, máy in laser, máy quét laser và nhiều ứng dụng khác.

Các Loại Laser Theo Chế Độ Hoạt Động

Tất cả các loại laser có thể hoạt động bằng một trong hai phương thức: tia laser của chúng có thể là xung hoặc liên tục. Đây là những gì chúng ta gọi là chế độ hoạt động của chúng.

• Laser sóng liên tục: Có luồng năng lượng liên tục, có nghĩa là laser liên tục bắn tia laser một cách liên tục và không bị gián đoạn. Ví dụ phổ biến nhất về điều này là tia laser liên tục của bút laser. Laser sóng liên tục thường được sử dụng trong việc cắt và hàn kim loại.

• Laser xung: Tia laser bị gián đoạn đều đặn để cho phép năng lượng tích tụ và đạt tới công suất cực đại cao hơn so với laser sóng liên tục. Tia laser được phát ra dưới dạng xung có độ dài xung gọi là thời lượng xung. Các mật độ năng lượng cao này được yêu cầu trong nhiều ứng dụng như hàn điểm và khắc.

Laser sóng liên tục có vẻ mạnh hơn so với laser xung vì công suất laser được quảng cáo thường cao hơn, nhưng điều này có thể gây hiểu nhầm. Điều này bởi vì các loại laser được đặt tên theo công suất laser trung bình của chúng và công suất trung bình của laser xung thường thấp hơn, ngay cả khi chúng đạt đến công suất cao hơn.

Ví dụ, một laser sóng liên tục 6.000W liên tục phát ra 6.000W công suất laser. Ngược lại, một laser xung 100W có thể phát ra các xung 10.000W mỗi xung.

Các Loại Laser Theo Thời Lượng Xung

Các loại laser xung được chia thành một số tiểu loại dựa trên thời lượng xung.

Một bộ điều chế được sử dụng để kiểm soát số lượng xung mỗi giây. Kết quả là mỗi xung có một thời lượng chính xác, gọi là thời lượng xung. Thời lượng xung là khoảng thời gian giữa đầu và cuối một xung.

Có nhiều phương pháp kiểm soát tia laser: q-switching, gain-switching và mode-locking là một số ví dụ. Xung ngắn hơn, cao hơn năng lượng. Dưới đây là các đơn vị phổ biến nhất được sử dụng để biểu thị thời lượng xung.

• Mili giây (một nghìn phần của một giây) là đơn vị thời gian dài nhất được sử dụng để biểu thị thời lượng xung và do đó có công suất cao nhất. Ví dụ, các xung loại bỏ tóc có thể dao động từ 5ms đến 60ms tùy thuộc vào độ dày tóc.

• Micro giây (một triệu phần của một giây) có lẽ là thời lượng xung ít phổ biến nhất. Chúng có thể được sử dụng cho các ứng dụng xử lý vật liệu, nhưng các thời lượng xung sau đây thường được sử dụng hơn, vì chúng cung cấp độ chính xác cao hơn. Laser micro giây cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng như phổ phân tích và lột tóc.

• Nano giây (một tỷ phần của một giây) là đơn vị thời lượng xung rất phổ biến được sử dụng cho các ứng dụng như xử lý vật liệu bằng laser, đo khoảng cách và cảm biến từ xa. Ví dụ, Laserax sử dụng laser sợi nano giây để thực hiện đánh dấu, làm sạch, tạo kết cấu và khắc bằng laser.

• Pico giây (một tỷ tỷ phần của một giây) và Femto giây (một tỷ tỷ tỷ phần của một giây) là thời lượng xung ngắn nhất, đó là lý do tại sao các thuật ngữ xung siêu ngắn và laser siêu nhanh được sử dụng. Các loại laser này cung cấp kết quả chính xác nhất và có vùng ảnh hưởng nhiệt thấp nhất. Điều này ngăn chảy không mong muốn và cho phép khắc rất chính xác. Chúng được sử dụng trong xử lý vật liệu, y học (như phẫu thuật mắt), viễn thị học, đo lường và viễn thông.

Các Loại Laser Khác

Như bạn đã thấy, có nhiều cách để phân loại laser. Một cách khác là theo bước sóng laser, trong đó có laser hồng ngoại, gần hồng ngoại, quang, tử ngoại và X-ray.

Các chuyên gia về laser tiếp tục đẩy ranh giới của công nghệ laser, với những phát triển mới được thực hiện hàng năm. Kết quả là các loại laser liên tục phát triển và bất kỳ ai muốn khám phá thế giới này có thể mong đợi một cuộc khám phá trong suốt đời.

Conclusion: So above is the Các Loại Laser Chính article. Hopefully with this article you can help you in life, always follow and read our good articles on the website: natuts.com