Desde su descubrimiento en la década de 1960, la tecnología láser ha evolucionado continuamente y se ha convertido en una parte integral de la industria. Los láseres se dividen en cinco tipos principales según su medio de ganancia. Puede aprender sobre estos tipos de láser, su procedimiento de trabajo y diversas aplicaciones del mundo real en esta guía.
¿Qué es un láser?
Láser significa amplificación de luz mediante emisión estimulada de radiación. El láser amplifica la intensidad de la luz y produce haces altamente direccionales lo suficientemente potentes como para atravesar las superficies metálicas. Además, estos rayos de luz pueden viajar kilómetros hacia el cielo.
Un rayo láser se diferencia de un rayo de luz, que es coherente, colimado y monocromático. Para comprender mejor el funcionamiento de un láser, necesitamos conocer sus componentes. El láser tiene los siguientes elementos principales:
- Fuente de energía: It bombea la luz en un medio de ganancia, también conocido como fuente de bombeo. La fuente de energía varía según el tipo de láser y puede ser una lámpara de destello, otro láser, una reacción química o una descarga eléctrica. Una fuente de bombeo es responsable de lograr la inversión de población ya que bombea las moléculas o átomos de menor a mayor. energía.
- Ganancia media: Este es el componente principal del láser donde se produce la acción del láser. También se le conoce como Medio Activo o Medio LÁSER. El medio de ganancia determina la longitud de onda de cualquier radiación láser. El medio LÁSER puede contener gases, colorantes líquidos, cristales sólidos y semiconductores.
- Resonador: El resonador utiliza los espejos para aumentar la ganancia óptica del medio de ganancia. Se utilizan dos tipos de espejos, incluido un espejo parcialmente reflectante y uno altamente reflectante.
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Después de analizar los láseres en detalle, vamos a analizar diferentes tipos.
I. Láser de fibra
Láser de fibra Se introdujeron por primera vez en la década de 1960, pero su uso comercial comenzó en la década de 1990. Desde entonces, la tecnología del láser de fibra ha evolucionado y su eficiencia y aplicaciones van en aumento.
Definición y estructura básica
Los láseres de fibra son una categoría de láseres de estado sólido que utilizan fibras ópticas como medio de ganancia activo. Estos láseres utilizan un fibra de vidrio fosfato o silicato que absorbe la luz bruta de la fuente de bombeo. Posteriormente, esta luz se transforma en un rayo láser de una longitud de onda específica.
¿Cómo funciona el láser de fibra?
En primer lugar, una fuente de energía Se utiliza para la creación de la luz de la bomba. En los láseres de fibra, se utiliza principalmente electricidad como fuente de energía, que luego se convierte en energía luminosa mediante diodos láser de bomba. Entonces un cosechadoras de acoplador la luz de múltiples recursos y la convierte en una sola fuente. Después de recoger la luz en un diodo láser individual, se transfiere al medio de ganancia.
Durante la siguiente etapa, la luz de la bomba pasa a través de la fibra óptica, que consta del núcleo (parte portadora de luz) y el revestimiento (el material que rodea el núcleo). Finalmente, la luz llega a la parte de la fibra dopada, conocida como cavidad del láser.
En la cavidad del láser, se utilizan elementos de tierras raras para excitar los electrones a un nivel de energía más alto. Esto se hace hasta que se logra la inversión de la población. Es una etapa en la que hay más electrones en estado excitado de lo normal. Aquí, los electrones se excitan y reexcitan hasta que se logra un flujo constante de luz láser pura. Este la luz se refina aún más para su uso en diferentes aplicaciones.
Los láseres de fibra son energéticamente eficientes, increíblemente estables y fáciles de mantener. Son muy precisos, incluso en diseños complejos. Sin embargo, corte por láser de fibra Requiere protocolos de seguridad adecuados y sus aplicaciones se limitan a materiales no metálicos.
Fuente de imagen: láseres.llnl.gov
Ejemplos
- Láseres de fibra dopados con erbio
- Láseres de fibra dopados con tulio
- Láseres de fibra dopada con iterbio
Aplicaciones
Los láseres de fibra producen una amplia variedad de longitudes de onda, por lo que tienen Múltiples aplicaciones. Estos pueden limpiar eficazmente los metales; este proceso se conoce como limpieza de metales y podría personalizarse para diferentes parámetros de la línea de producción.
Además, estos tienen Marcado láser aplicaciones y ayuda a marcar permanentemente plástico y metales con marcadores de alto contraste. Además del marcado, los láseres de fibra se utilizan para grabar, grabar y recocido.
¿Y lo que es más? Los láseres de fibra pueden realizar incluso cortes complejos con una calidad de borde impresionante; por lo tanto, son la mejor opción para corte por láser. Estos han eliminado los cargos por herramientas y han reducido los tiempos de configuración y inactividad. Además, los láseres de fibra proporcionan alta precisión, seguridad y exactitud en cirugía y diagnóstico por imágenes.
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II. Láser de estado sólido
El Primer láser de estado sólido fue el láser rubí, que resultó menos eficaz debido a su pronunciado carácter de tres niveles. Posteriormente, otros medios de estado sólido ganaron popularidad debido a su mejor rendimiento.
Como su nombre indica, el láser de estado sólido utiliza un medio sólido: un material cristalino o un vidrio. El medio sólido se mezcla con elementos de tierras raras como erbio, iterbio, cromo o neodimio.
¿Cómo funciona el láser de estado sólido?
En láseres de estado sólido, se introducen iones como impurezas al material huésped. Este proceso se llama dopaje y consiste en añadir cuerpos extraños a una determinada sustancia. El material huésped utilizado en el láser de estado sólido podría ser granate de itrio y aluminio dopado con neodimio, vidrio dopado con neodimio y vidrio dopado con zafiro o iterbio. Los dopantes incluyen materiales de tierras raras como cromo o erbio.
Además, lámparas de arco o flash se utilizan en láseres de estado sólido para bombeo óptico. Estas fuentes de bombeo son económicas pero tienen una vida útil moderada y una baja eficiencia energética. Sin embargo, un diodo láser se utiliza para estado sólido bombeado por diodos (DPSS) láseres. Estos tienen la capacidad de alcanzar altos poderes junto con mantener una buena calidad del haz.
Los láseres de estado sólido son Simple, económico y de alta eficiencia.. Estos tienen una construcción comparativamente más simple que otros tipos y se pierde una pequeña cantidad de material en el medio de ganancia. La salida de los láseres de estado sólido podría ser tanto pulsada como continua. Sin embargo, la eficiencia de los láseres de estado sólido es comparativamente menor que la de los láseres de dióxido de carbono.
Ejemplos
Ejemplos comunes de láseres de estado sólido incluyen:
- Ti: Láseres de zafiro
- Nd: Láser de vidrio (vidrio de neodimio)
- YB: láser YAG (granate de itrio y aluminio dopado con iterbio)
- Nd: YAG láser (granate de itrio y aluminio dopado con neodimio)
Aplicaciones
Los láseres de materiales de estado sólido ayudan a perforar agujeros en los metales. Estos ofrecen flexibilidad en múltiples operaciones de formación de agujeros y son más efectivos que los métodos tradicionales.
Además, perforación láser Es económico y tiene alta precisión y velocidad rápida. Estos láseres se utilizan en el ejército para apuntar al sistema de destino. Además, estos láseres se utilizan en instrumentos físicos calibrados como sismógrafos.
Además, los láseres de estado sólido ayudan a eliminar la ablación de tejidos, tatuajes, cabello y cálculos renales. Se utilizan en fuentes de luz RGB (rojo-verde-azul) en impresoras y proyectores láser. Además, los láseres de estado sólido tienen potencial para utilizarse en la fusión nuclear.
III. Láser de gas
Láser de gas es diferente a los otros tipos de láseres ya que funciona según el principio de convertir la energía eléctrica en energía lumínica. Además, los láseres de gas son de diferentes tipos. El tipo de gas utilizado para desarrollar el medio láser decide la eficiencia y la longitud de onda del láser.
Definición y estructura básica
El gas se utiliza como medio activo en los láseres de gas. Los gases comunes utilizados para este propósito incluyen dióxido de carbono, xenón, hidrógeno, flúor, criptón, argón, neón y helio.
Los medios gaseosos pueden ser bombeado más eficientemente que los medios sólidos, por lo que los láseres de gas tienen una mejor calidad del haz y generan altas densidades de potencia. Los tipos comunes de láseres de gas son láseres de helio-neón, láseres de dióxido de carbono y láseres de iones de argón.
¿Cómo funciona el láser de gas?
Fuente de imagen: scording.com
En primer lugar, Los artículos de gas están emocionados. a través de una descarga eléctrica y impulsado hacia un estado de energía superior. Los átomos excitados son degradado a un estado de menor energía mediante la emisión de fotones. Cuando estos fotones se encuentran con un átomo excitado, energizan los átomos para emitir más fotones de la misma fase, dirección y energía.
Estos fotones se mueven hacia adelante y hacia atrás entre los espejos, formando una cavidad resonante. Durante este proceso, la luz se amplifica y, en última instancia, se producen rayos láser. Los láseres de gas producen un haz de alta calidad, tienen una excelente coherencia espacial y ofrecen una amplia gama de longitudes de onda de salida.
Sin embargo, los láseres de gas necesitan una fuente de alimentación de CC de alto voltaje, y los gases emiten sustancias químicas nocivas que pueden causar lesiones en la piel y los ojos de los empleados.
Ejemplos
- Láseres excímeros
- Láseres de criptón
- Láseres de argón
- Láseres de helio-neón
- Láseres de dióxido de carbono
Aplicaciones
Los láseres de gas sirven para múltiples propósitos en campos que van desde la investigación científica hasta la medicina y las telecomunicaciones. Tienen una excelente calidad de haz y se utilizan en comunicaciones por fibra óptica. Los láseres HeNe se utilizan en demostraciones educativas y de laboratorio debido a su haz rojo visible y su relativa seguridad.
Además, se utilizan en experimentos como aceleración de partículas, holografía, mediciones de contaminación y espectroscopia. Los láseres de gas se utilizan en diversos tratamientos de la piel y cirugía ocular. Los láseres de gas CO2 resultan útiles en múltiples tareas de procesamiento de metales, como corte, grabado y soldadura. Debido a su alta absorción en agua, los láseres de CO2 se utilizan para eliminar tumores, lunares y verrugas.
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IV. Láser de tinte
Láseres de colorante puede generar láseres de cualquier frecuencia de regiones casi ultravioleta, visible e infrarroja; de ahí que se les conozca como láseres sintonizables. Estos tienen una amplia variedad de aplicaciones en diversos campos.
Definición y estructura básica
Los láseres de tinte, también conocidos como láseres líquidos, utilizan un tinte orgánico como medio de ganancia. Una de sus características clave es que su La longitud de onda se puede controlar durante la operación.. Los colorantes comúnmente utilizados en los láseres líquidos son la fluoresceína de sodio, la rodamina 6G o la rodamina B.
¿Cómo funciona el láser de tinte?
Como mencionamos anteriormente, el medio activo del láser líquido es un tinte orgánico. Además, los disolventes utilizados en ellos podrían ser etilenglicol, alcohol o agua. En primer lugar, el El tinte se bombea al tubo capilar desde el tanque de almacenamiento.. El tinte sale del tubo con una bombilla de destello y el haz de salida se mueve al acoplador de salida con la ayuda de una ventana Brewster.
El acoplador de salida es un 50% espejo reflectante mientras que la longitud de onda de salida varía mucho, y la salida máxima de 618 nm puede lograrse. Los láseres de tinte están disponibles en forma visible, tienen alta potencia de salida, menor diámetro del haz y divergencia.
Los rangos variables de longitudes de onda se pueden producir mediante láseres de tinte y se utilizan para una amplia gama de funciones en el campo médico. Sin embargo, los láseres de tinte tienen un alto costo y una fórmula química muy compleja.
Ejemplos
- Láser de tinte a chorro
- Láser de nitrógeno líquido
- Láser de tinte rodamina 6G
- Láser de polímero teñido
- Láser de tinte de hidrocarburos aromáticos
Aplicaciones
El tratamiento con láser de tinte trata las cicatrices corporales, incluidas marcas de nacimiento como manchas de vino de Oporto, arañas vasculares en la cara, etc. El láser de tinte de pulsación larga ayuda a tratar el rubor y las líneas finas. Los láseres sintonizables se utilizan en la separación de isótopos. Además, el láser de colorante orgánico se utiliza en ciencias biomédicas, holografía y espectroscopia.
Estos láseres tienen el potencial de excitar moléculas específicas, por lo que ayudan en Ciencias moleculares para estudiar las características de las moléculas. Junto con los láseres de estado sólido en cristales no lineales, los láseres de tinte producen longitudes de onda de luz más cortas, como los rayos UV. Además, se utilizan en fotoquímica, donde se necesita una longitud de onda específica para iniciar o catalizar una reacción.
V. Láser semiconductor (diodo)
Láseres semiconductores Son rentables, más eficientes y utilizan menos energía que otros sistemas láser. Estos láseres tienen características únicas como naturaleza monocromática, tamaño de punto de luz pequeño y alta densidad de luz. Debido a estas propiedades, los láseres de diodo se están volviendo populares en los sectores energético y médico.
Definición y estructura básica
Los diodos láser también tienen uniones cargadas positiva-negativamente (PN) como los diodos normales. Sin embargo, la capa intrínseca de la El diodo láser se pule para crear la emisión espontánea.. Dado que la capa intrínseca se pule, los fotones generados se amplifican, convirtiendo la corriente eléctrica en luz láser.
Los láseres semiconductores tienen fines médicos críticos, ya que se utilizan en procedimientos dentales, dermatología y cirugía ocular. Además, se utilizan mucho en escáneres láser, impresoras, lectores de códigos de barras, etc.
¿Cómo funciona el láser semiconductor (diodo)?
El medio activo del láser semiconductor es el diodo de unión PN polarizado directamente. En esta unión, un semiconductor de tipo n tiene un exceso de electrones, mientras que un semiconductor de tipo p tiene un exceso de huecos. Se aplica un voltaje de polarización directa, empujando electrones y huecos hacia la unión donde se atraen y chocan. Durante este proceso se producen radiaciones de recombinación.
El excedente de energía se libera en forma de fotones, que estimulan aún más la recombinación del hueco de electrones y, en última instancia, producen luz láser.
Estos láseres tienen un una vida más larga, bajo costo de mantenimientoy un funcionamiento comparativamente seguro. Además, utilizan poca energía y funcionan en modo de corriente constante de bajo voltaje. En el lado negativo, los láseres semiconductores son sensible a las variaciones de temperatura, y su rayo láser de salida no es estrecho.
Ejemplos
- Láser de cascada cuántica
- Diodo láser emisor de bordes
- Láser de diodo de cavidad externa (ECDL)
Aplicaciones
Los láseres semiconductores se utilizan en reproductores de CD y DVD para leer y escribir datos. Además, ayudan en el diagnóstico forense y biomédico. Los láseres semiconductores se utilizan en escáneres de código de barras y impresoras láser. Además, resultan útiles en varios tipos de espectroscopia para la caracterización de materiales y el análisis químico.
Los diodos son fuentes de luz importantes para la comunicación por fibra óptica. Los diodos de alta potencia ayudan en el corte y la soldadura por láser. En medicina, se utilizan para tratar determinadas afecciones de la piel, blanqueamiento dental y cirugías de tejidos blandos. Además, los láseres de diodo actúan como fuente de bombeo para tipos específicos como los láseres de estado sólido.
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Comparación de 5 tipos diferentes de láser
Cada tipo de láser tiene diferente potencia de salida, longitud de onda, usos y otras características. Hemos pensado en recopilar esta información en forma de tabla para usted.
| Tipo de láser | Ejemplo | Potencia de salida | Pulsado o CW | Longitud de onda | Aplicaciones |
|---|
¿Cómo elegir el láser adecuado para su proyecto?
Seleccionar el láser adecuado para su proyecto implica considerar varios factores:
- Requerimientos de aplicacion: Identifique las tareas específicas que necesita que realice el láser, como corte, soldadura, grabado o aplicaciones médicas. Los diferentes tipos de láser (CO2, fibra, diodo, etc.) son adecuados para diferentes tareas.
- Compatibilidad de materiales: Asegúrese de que el láser sea compatible con los materiales con los que planea trabajar, ya sean metales, plásticos, madera u otras sustancias. Algunos láseres son más eficaces en determinados materiales que en otros.
- Potencia y Precisión: Determine el nivel de potencia y la precisión necesarios para su proyecto. Los láseres de mayor potencia son adecuados para cortar materiales más gruesos, mientras que los láseres de menor potencia son mejores para trabajos detallados y delicados.
- Presupuesto y Mantenimiento: Considere su presupuesto, incluidos los costos iniciales y los gastos de mantenimiento a largo plazo. Algunos láseres pueden tener costos iniciales más altos pero menores necesidades de mantenimiento, mientras que otros pueden ser más baratos inicialmente pero requieren más mantenimiento.
Al evaluar estos factores, podrá seleccionar el láser que mejor satisfaga las necesidades de su proyecto y garantice un rendimiento óptimo.
Preguntas Frecuentes
1. ¿Qué láser se utiliza para el corte por láser?
Los láseres de CO2 y de fibra se utilizan para el corte por láser debido a su alta potencia y eficiencia. Los láseres de CO2 destacan en el corte de materiales no metálicos como madera y plástico, mientras que los láseres de fibra son ideales para cortar metales con precisión.
2. ¿Qué láser se utiliza para la soldadura láser?
Los láseres de fibra son los preferidos para soldadura por láser porque proporcionan una fuente de calor concentrada y un control preciso, lo que asegura soldaduras fuertes y limpias, especialmente en metales.
3. ¿Qué láser se utiliza para el grabado láser?
Los láseres de diodo y CO2 se utilizan para el grabado láser porque ofrecen un control preciso para trabajos detallados. Los láseres de CO2 son versátiles para diversos materiales, mientras que los láseres de diodo son eficientes para marcar y grabar en metales y plásticos.
Conclusión
La tecnología láser evoluciona continuamente y se introducen más tipos, lo que abre nuevas oportunidades. A medida que la tecnología láser mejore aún más, veremos nuevos avances en el campo de la ciencia y la medicina.
Cada tipo de láser tiene sus ventajas, desventajas y aplicaciones distintivas. Si usted es un estudiante que desea aprender sobre varios tipos de láser o un hombre de negocios que desea aprovechar el poder de la tecnología láser, ¡esta guía le ayudará!
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