가장 흔한 6가지 레이저 생성기 유형

레이저 기술은 모든 측면에서 사람들의 삶에 들어왔지만, 레이저 발생기에는 여러 종류가 있으며, 각각 파장과 특성이 다르기 때문에 적용 분야도 다릅니다. 대부분 사람들이 복잡한 레이저 발생기 종류에 대해 약간의 두통을 느낀다고 생각합니다. 따라서 이 글에서는 다양한 종류의 레이저 발생기의 특징과 실제 적용 분야를 하나씩 요약하고 설명합니다.

다양한 작동 매체에 따라 레이저 발생기는 고체, 가스, 염료, 다이오드, 파이버, 자유 전자 레이저 발생기의 6가지 유형으로 나뉩니다. 그 중에는 고체 및 가스 레이저의 많은 하위 구분이 있습니다. 자유 전자 레이저를 제외하고 펌프 소스, 광 공진기 및 이득 매체를 포함하여 다양한 레이저의 기본 작동 원리는 동일합니다.

솔리드 스테이트 레이저 생성기

고체 레이저 발생기에서 빛은 일반적으로 펌프 소스로 사용되고 빛을 생성할 수 있는 수정 또는 유리를 작업 재료라고 합니다. 재료는 매트릭스와 활성화된 이온으로 구성됩니다. 매트릭스 재료는 활성화된 이온에 적합한 존재 및 작업 환경을 제공하고 활성화된 이온은 레이저 생성 프로세스를 완료합니다. 일반적으로 사용되는 활성 이온은 주로 크롬, 코발트, 니켈 및 기타 이온과 같은 전이 금속 이온과 네오디뮴 이온과 같은 희토류 금속 이온입니다. 유전체 필름으로 코팅된 거울은 공진기 거울로 사용되며, 그 중 하나는 전체 거울이고 다른 하나는 반 거울입니다. 다른 활성화된 이온, 다른 매트릭스 재료 및 다른 파장의 광 여기를 사용할 때 다양한 파장의 다양한 레이저가 방출됩니다.

루비 레이저 발생기의 레이저 파장 출력은 694.3nm이고 광전 변환율은 0.1%에 불과해 낮습니다. 그러나 형광 수명이 길어 에너지 저장에 유리하며 높은 펄스 피크 전력을 출력할 수 있습니다. 펜 심 두께와 긴 손가락을 가진 루비 막대에서 생성된 레이저는 철판을 쉽게 관통할 수 있습니다. 보다 효율적인 YAG 레이저 시스템이 등장하기 전에 루비 레이저 시스템은 널리 사용되었습니다. 컷팅 그리고 드릴링. 게다가 694nm 빛은 멜라닌에 쉽게 흡수되므로 루비 레이저는 색소성 병변(피부 반점) 치료에도 사용됩니다.

결정 특성으로 인해 Ti:Sapphire 레이저 발생기는 넓은 조정 범위(즉, 조정 가능한 파장 범위)를 가지며 필요에 따라 파장 660nm-1200nm의 빛을 출력할 수 있습니다. 주파수 배가 기술(빛의 주파수를 두 배로, 즉 파장을 반으로 줄일 수 있음)의 성숙과 함께 파장 범위를 330nm-600nm로 확장할 수 있습니다. 티타늄 사파이어 레이저 시스템은 펨토초 분광법, 비선형 광학 연구, 백색광 생성, 테라헤르츠파 생성 등에 사용되며 의료 미용에도 응용됩니다.

YAG는 이트륨 알루미늄 가넷의 약자로, 현재 가장 우수한 레이저 결정 매트릭스입니다. 네오디뮴(Nd)으로 도핑한 후 출력할 수 있습니다. 1064nm 빛, 그리고 최대 연속 출력 전력은 1000w에 도달할 수 있습니다. 초기에는 불활성 가스 플래시 램프가 펌프 소스로 사용되었지만 플래시 램프 펌프 방법은 스펙트럼 범위가 넓고 이득 매질의 흡수 스펙트럼과 일치하지 않으며 열 부하가 커서 광전 변환율이 낮습니다. 따라서 이제 LD(Laser Diode) 펌핑을 사용하여 고효율, 고출력 및 장수를 달성할 수 있습니다. Nd:YAG 레이저 발생기는 혈관종을 치료하고 종양 성장을 억제하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 조직에 대한 열적 손상은 비선택적입니다. 종양의 혈관을 응고하는 동안 과도한 에너지는 주변의 정상 조직도 손상시키고 수술 후 흉터를 남기기 쉽습니다. 따라서 Nd:YAG 레이저는 대부분 수술, 산부인과, 이비인후과에서 사용되고 피부과에서는 덜 사용됩니다.

Yb:YAG, Ytterbium(Yb)을 YAG에 도핑하면 1030nm의 빛을 출력할 수 있습니다. Yb:YAG의 펌프 파장은 941nm로 출력 파장과 매우 가까워 펌프 양자 효율을 91.4%까지 달성할 수 있으며 펌프에서 발생하는 열은 10% (입력 에너지의 대부분이 출력 에너지로 변환되고, 그 중 작은 부분이 열로 변환되므로 변환 효율이 매우 높다는 것을 의미함)은 25%~ 30% Nd:YAG의 Yb:YAG는 가장 매력적인 고체 레이저 매체 중 하나가 되었고, LD 펌핑 고출력 Yb:YAG 고체 레이저 발생기는 새로운 연구 핫스팟이 되었으며, 개발 고효율, 고출력 고체 레이저 발생기 주요 방향 중 하나로 간주됩니다.

위의 두 가지 외에도 YAG는 홀뮴(Ho), 에르븀(Er) 등으로 도핑할 수도 있습니다. Ho:YAG는 눈에 안전한 2097nm 및 2091nm 레이저를 생산하며, 주로 광통신, 레이더 및 의료 응용 분야에 사용됩니다. Er:YAG는 2.9μm의 빛을 출력하며, 인체는 이 파장에 대한 높은 흡수율을 가지고 있어 레이저 수술 및 혈관 수술에 큰 응용 잠재력이 있습니다.

가스 레이저 발전기

가스 레이저 발생기는 가스를 이득 매체로 사용하는 레이저 시스템으로, 일반적으로 가스 방전을 펌핑합니다. 가스 유형에는 원자 가스(헬륨-네온, 비활성 가스 이온 및 금속 증기), 분자 가스(질소 및 이산화탄소), 엑시머 가스가 포함되며 화학 반응에 의해 제공됩니다.

HeNe 레이저 발생기(HeNe)는 75% 이상의 He와 15% 이하의 Ne를 혼합한 것을 이득 매질로 사용합니다. 작업 환경에 따라 녹색(543.5nm), 노란색(594.1nm), 주황색(612.0nm), 빨간색(632.8nm) 및 3가지 종류의 근적외선(1152nm, 1523nm 및 3391nm)을 방출할 수 있으며, 그 중 빨간색(632.8nm)이 가장 많이 사용됩니다. HeNe 레이저 발생기의 빔 출력은 가우시안 분포를 가지며 빔 품질이 매우 안정적입니다. 전력은 높지 않지만 정밀 측정 분야에서 좋은 성능을 보입니다.

일반적인 고귀가스 레이저 발생기는 아르곤 이온(Ar+)과 크립톤 이온(Kr+)입니다. 에너지 변환율은 최대 0.6%에 도달할 수 있으며, 장시간 30-50W의 전력을 지속적이고 안정적으로 출력할 수 있으며, 수명은 1000h를 초과합니다. 주로 레이저 디스플레이, 라만 분광법, 홀로그래피, 비선형 광학 및 기타 연구 분야, 의료 진단, 인쇄 색상 분리, 계측 재료 처리 및 정보 처리에 사용됩니다.

금속 증기 레이저 발생기는 구리 증기를 예로 들 수 있습니다. 구리 증기 레이저 발생기는 주로 녹색 빛(510.5nm)과 노란색 빛(578.2nm)을 출력하며, 평균 전력은 100W, 피크 전력은 100kW에 도달할 수 있습니다. 주요 응용 분야는 염료 레이저 발생기의 펌프 소스입니다. 또한 고속 플래시 사진, 대형 스크린 프로젝션 TV 및 소재 처리에도 사용할 수 있습니다.

질소 분자 레이저 발생기는 질소를 이득 매질로 사용하여 337.1nm, 357.7nm 및 315.9nm의 자외선을 방출할 수 있으며 피크 전력은 45kw에 도달할 수 있습니다. 유기 염료 레이저 발생기의 펌프 광원으로 사용할 수 있으며 동위 원소의 레이저 분리, 형광 진단, 초고속 사진, 오염 감지, 의료 및 건강 관리, 농업 육종에도 널리 사용됩니다. 짧은 파장은 작은 지점을 얻기 위해 초점을 맞추기가 더 쉽기 때문에 서브 마이크론 구성 요소를 처리하는 데에도 사용할 수 있습니다.

사용되는 이득 매체 CO2 레이저 발생기는 헬륨과 질소를 혼합한 이산화탄소로, 9.6μm와 10.6μm 파장을 중심으로 한 원적외선을 출력할 수 있습니다. 발생기는 높은 에너지 변환율을 가지고 있으며, 출력 전력은 수 와트에서 수만 와트까지 다양하며, 매우 높은 빔 품질로 인해 CO2 재료 가공, 과학 연구, 국방 및 의학에 널리 사용되는 레이저 발전기입니다. 다양한 것을 만나게 될 것입니다. CO2 레이저 커터 and 레이저 조각사 일상생활과 사업장에서 목재, MDF, 합판, 직물, 가죽, 유리, 플라스틱, 아크릴 등을 조각하고 절단하는 데 사용됩니다.

엑시머는 공진기에서 다양한 비활성 기체와 할로겐 기체의 혼합물로 채워진 불안정한 분자로, 다양한 파장의 레이저를 생성합니다. 여기는 일반적으로 상대론적 전자 빔(200 keV 이상의 에너지) 또는 횡방향 빠른 펄스 방전에 의해 달성됩니다. 여기 상태 엑시머의 불안정한 분자 결합이 끊어지고 기저 상태 원자로 분리되면 여기 상태의 에너지가 레이저 복사의 형태로 방출됩니다. 의료, 광 통신, 반도체 디스플레이, 원격 감지, 레이저 무기 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

화학 레이저 발생기는 화학 반응에서 방출되는 에너지를 사용하여 입자 수 반전을 실현하는 특수 유형의 가스 레이저 시스템입니다. 대부분은 분자 전이 모드에서 작동하며 일반적인 파장 범위는 근적외선에서 중적외선 스펙트럼 영역에 있습니다. 가장 중요한 것은 불화수소(HF)와 불화중수소(DF) 장치입니다. 전자는 15~2.6마이크론 사이에서 3.3개 이상의 스펙트럼 선을 출력할 수 있고, 후자는 25~3.5마이크론 사이에서 약 4.2개의 스펙트럼 선을 가지고 있습니다. 두 장치 모두 현재 수 메가와트 출력이 가능합니다. 엄청난 에너지로 인해 일반적으로 핵 공학 및 군사 분야에서 사용됩니다.

염색 레이저 생성기

염료 레이저 발생기는 일반적으로 액체 용액인 유기 염료를 레이저 매체로 사용합니다. 염료 레이저 발생기는 일반적으로 기체 및 고체 레이저 매체보다 더 넓은 파장 범위에서 사용할 수 있습니다. 넓은 대역폭으로 인해 조정 가능 및 펄스 레이저 발생기에 특히 적합합니다. 그러나 매체 수명이 짧고 출력 전력이 제한되어 기본적으로 티타늄 사파이어와 같은 파장 조정 가능 고체 레이저로 대체됩니다.

다이오드 레이저 생성기

다이오드 레이저 발생기는 반도체 재료를 작동 물질로 사용하는 레이저 시스템입니다. 여기 모드는 전기 주입, 전자 빔 여기 및 광 펌핑의 3가지가 있습니다. 소형, 저가, 고효율, 긴 서비스 수명, 저전력 소모, 전자 정보, 레이저 인쇄, 레이저 포인터, 광 통신, 레이저 TV, 소형 레이저 프로젝터, 전자 정보, 통합 광학 및 기타 분야에서 사용할 수 있습니다.

파이버 레이저 발생기

파이버 레이저 발생기는 희토류 원소가 도핑된 유리 섬유를 이득 매체로 사용하는 레이저 시스템 유형을 말합니다. 금속 및 비금속 인쇄, 마킹, 조각, 드릴링, 절단, 세척, 용접(브레이징, 물 담금질, 클래딩 및 심용접), 군사, 방위 및 보안, 의료 장비, 대규모 인프라 및 기타 레이저 소스의 펌프로 널리 사용됩니다. 만나게 될 것입니다. 파이버 레이저 조각기 개인화된 텍스트와 패턴을 위해 섬유 레이저 절단기 금속 제작을 위해, 파이버 레이저 세척기 녹 제거, 페인트 제거 및 코팅 제거를 위해 파이버 레이저 용접기 당신의 삶 속의 금속 관절을 위해.

자유 전자 레이저 생성기

자유 전자 레이저 발생기는 기존 레이저 발생기와는 다른 새로운 유형의 고출력 코히런트 복사원입니다. 작동 물질로 가스, 액체 또는 고체가 필요하지 않지만 고에너지 전자 빔의 운동 에너지를 코히런트 복사 에너지로 직접 변환합니다. 따라서 자유 전자 레이저 발생기의 작동 물질은 자유 전자라고 생각할 수도 있습니다. 고출력, 고효율, 광범위한 파장 튜닝 및 초단 펄스의 시간 구조와 같은 일련의 우수한 특성을 가지고 있습니다. 이를 제외하고 이러한 특성을 동시에 가질 수 있는 레이저 발생기는 없습니다. 물리학 연구, 레이저 무기, 레이저 융합, 광화학 및 광통신 분야에서 상당한 전망이 있습니다.