레이저 분류 레이저는 두 가지 방식으로 분류할 수 있습니다.하나는 활성화된 매질의 물질적 상태로부터 분류하는 것이다.이것은 기체, 액체, 고체 및 반도체 레이저로 나눌 수 있습니다.모든 유형의 레이저에는 고유한 특성이 있습니다.가스 레이저의 단색성이 강합니다.예를 들어, 헬륨-네온 레이저의 단색성은 일반 광원보다 1억 배 더 높고, 가스 레이저는 다양한 작동 물질을 가지고 있어 다양한 주파수의 레이저를 생성할 수 있습니다.그러나 가스 밀도가 낮기 때문에 레이저의 출력 전력은 이에 따라 작습니다.반대로 고체 레이저는 에너지가 높고 출력이 높지만 작동 물질의 종류가 적고 단색성이 좋지 않습니다.액체 레이저의 가장 큰 특징은 레이저의 파장이 일정한 범위 내에서 연속 변환이 가능하다는 것입니다.이러한 종류의 레이저는 레이저 파장에 대한 엄격한 요구 사항이 있는 경우에 특히 적합합니다.반도체 레이저는 크기가 작고 가벼우며 구조가 단순한 것이 특징이지만 출력이 작고 단색성이 좋지 않다.또 다른 분류 방법은 활성 매질의 입자 구조에 따라 분류하는 것으로 원자, 이온, 분자 및 자유 전자 레이저로 나눌 수 있습니다.헬륨 네온 레이저는 네온 원자에서 방출되는 레이저를 생성하고 루비 레이저는 크롬 이온에서 방출되는 레이저를 생성합니다.주파수를 지속적으로 변경할 수 있는 이산화탄소 분자 레이저도 있습니다.그리고 넓은 주파수 범위를 커버할 수 있습니다.다양한 레이저에서 매체를 활성화하는 방법도 다릅니다.일반적으로 세 가지 방법이 있습니다. 고강도 빛을 사용하는 방법, 충전된 전원에서 전자를 사용하는 방법, 세 번째로 덜 일반적으로 사용되는 방법인 핵 방사선입니다.
광섬유 통신에 사용되는 레이저 광섬유 통신에는 반도체 레이저, 반도체 발광 다이오드 및 비반도체 레이저의 세 가지 유형의 광원이 있습니다.실제 광섬유 통신 시스템에서는 일반적으로 처음 두 개를 선택합니다.가스 레이저, 고체 레이저 등과 같은 반도체 레이저 대신 가장 초기의 간섭성 광원이지만 크기가 크기 때문에 작은 광섬유에 사용하기에 적합하지 않으며 일부 특수한 경우에만 사용됩니다. 장소.
반도체 레이저 반도체 레이저는 LD로 표시되는 레이저 다이오드입니다.구소련 과학자 H.Γ가 발명했습니다.반도체 레이저의 구조는 일반적으로 P층, N층 및 이중 이종 접합을 형성하는 활성층으로 구성됩니다.반도체 레이저의 발광은 빛의 유도 방출 원리를 기반으로 합니다.인구 반전 분포 상태에 있는 대부분의 전자는 외부 입사 광자에 의해 여기될 때 동시에 광자를 방출합니다.유도 방사선 광자와 입사 광자는 파장이 같을 뿐만 아니라 위상과 방향도 동일합니다.이와 같이 미약한 입사광에 의한 여기(勵起)에 의해 강한 발광광을 얻어 광증폭의 역할을 한다.그러나 광 증폭 기능만으로는 광 발진을 형성할 수 없습니다.전자 회로의 발진기와 같이 증폭 기능만으로는 전기적 발진을 발생시킬 수 없으며 회로에서 손실된 전력을 증폭된 전력으로 보상할 수 있도록 포지티브 피드백 회로를 설계해야 합니다.마찬가지로 레이저에서도 전자회로의 피드백 개념을 차용하여 증폭된 빛의 일부를 피드백하여 더욱 증폭하여 발진을 일으켜 레이저 빛을 방출한다.빛의 증폭된 피드백을 달성하는 데 사용되는 이러한 기구를 광학 공진기라고 합니다.반도체 레이저의 장점: 작은 크기, 높은 결합 효율, 빠른 응답 속도, 광섬유 크기에 맞는 파장 및 크기, 직접 변조 및 우수한 일관성.
반도체 발광다이오드 반도체 레이저와 마찬가지로 반도체 발광다이오드도 PN접합으로 외부 전원을 이용해 PN접합에 전자를 주입해 빛을 발산한다.반도체 발광다이오드는 LED라고 불리며, P형 반도체로 이루어진 P층, N형 반도체로 이루어진 N층, 그 중간에 이중 헤테로 구조로 이루어진 활성층으로 구성되어 있다.활성층은 발광 영역으로 그 두께는 0.1~0.2㎛ 정도이다.
반도체 발광 다이오드의 구조적 공차는 레이저만큼 엄격하지 않으며 공진기가 없습니다.따라서 방출되는 빛은 레이저 빛이 아니라 형광입니다.LED는 적용된 순방향 전압으로 작동하는 장치입니다.순방향 바이어스가 작용하면 N 영역의 전자가 양의 방향으로 확산되어 활성층으로 들어가고 P 영역의 정공도 음의 방향으로 확산되어 활성층으로 들어갑니다.활성층에 진입한 전자와 정공은 이종접합장벽의 영향으로 활성층에 갇혀 인구반전 분포를 형성한다.활성층에서 인구 반전 분포를 갖는 이러한 전자는 전이를 통해 정공과 재결합할 때 자발적 방출광을 생성합니다.반도체 발광다이오드는 구조가 간단하고 크기가 작으며 동작 전류가 작고 사용이 간편하며 가격이 저렴하여 광전자 시스템에 널리 사용되고 있다.
레이저를 분류하는 방법에는 여러 가지가 있으며 절단하는 재료, 출력 및 주파수 대역에 따라 나눌 수 있습니다.레이저 장비는 파장대역에 따라 가시광선, 적외선, 자외선, X선, 다파장 파장가변으로 나눌 수 있다.현재 CO2 레이저 10.64um 적외선 레이저, 크립톤 램프 펌핑 YAG 레이저 1.064um 적외선 레이저, 크세논 램프 펌핑 YAG 레이저 1.064um 적외선 레이저, 반도체 측면 펌핑 YAG 레이저 1.064um 적외선 레이저와 같은 산업용 적외선 및 자외선 레이저.
고체, 기체, 액체, 반도체 및 염료 유형으로 나눌 수 있는 많은 유형의 레이저가 있습니다.
(1) 고체 레이저는 일반적으로 작고 견고하며 높은 펄스 방사 전력과 광범위한 응용 분야를 갖추고 있습니다.예: Nd:YAG 레이저.Nd(네오디뮴)는 희토류 원소이고 YAG는 이트륨 알루미늄 석류석을 나타내며 결정 구조는 루비와 유사합니다.
(2) 반도체 레이저는 크기가 작고 무게가 가벼우며 수명이 길고 구조가 단순하여 항공기, 군함, 차량 및 우주선에 특히 적합하다.반도체 레이저는 외부 전기장, 자기장, 온도, 압력 등을 통해 레이저 빛의 파장을 변화시킬 수 있고 전기 에너지를 직접 레이저 에너지로 변환할 수 있어 급속히 발전하고 있다.
(3) 가스 레이저는 가스를 작동 물질로 사용하며 단색성 및 일관성이 좋습니다.레이저 파장은 수천 종류에 달할 수 있으며 널리 사용됩니다.가스 레이저는 구조가 간단하고 비용이 저렴하며 조작이 편리합니다.산업과 농업, 의학, 정밀 측정, 홀로그램 기술 등에서 널리 사용됩니다. 가스 레이저는 전기 에너지, 열 에너지, 화학 에너지, 빛 에너지 및 원자력 에너지와 같은 다양한 여기 방법을 가지고 있습니다.
(4) 액체 염료를 작동 물질로 하는 염료 레이저는 1966년에 출시되었으며 다양한 과학 연구 분야에서 널리 사용됩니다.레이저 빛을 생성할 수 있는 염료는 약 500가지가 있습니다.이 염료는 알코올, 벤젠, 아세톤, 물 또는 기타 용액에 용해됩니다.그들은 또한 고체 형태로 유기 플라스틱에 함유되거나 기체 형태로 증기로 승화될 수 있습니다.따라서 염료 레이저는 "액체 레이저"라고도 합니다.염료 레이저의 뛰어난 특징은 파장이 연속적으로 가변적이라는 것입니다.분광 분광법, 광화학, 의료 및 농업 분야의 응용 분야를 위해 가스 및 고체 레이저에 필적하는 저비용, 고효율 및 출력 전력으로 다양한 연료 레이저를 사용할 수 있습니다.
(5) 적용 범위가 넓은 다양한 유형의 적외선 레이저가 있습니다.그것은 높은 방사 강도, 우수한 단색성, 우수한 일관성 및 강한 방향성을 특징으로 하는 새로운 유형의 적외선 방사원입니다.
(6) X선 레이저는 과학 연구와 군사 업무에서 중요한 가치를 가지며 레이저 미사일 방어 무기에 이점이 있습니다.생물학자는 X선 레이저를 사용하여 살아있는 조직의 분자 구조를 연구하거나 세포 기능에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.X선 레이저를 사용하여 분자 구조의 사진을 촬영하여 고대비 생체분자 이미지를 얻습니다.
(7) 화학 레이저 일부 화학 반응은 레이저 작용을 생성하는 데 사용할 수 있는 큰 에너지를 방출하기에 충분한 고에너지 원자를 생성합니다.
(8) 자유 전자 레이저 이러한 유형의 레이저는 다른 유형보다 매우 높은 출력의 방사선을 생성하는 데 더 적합합니다.작동 메커니즘이 다릅니다.가속기에서 수천만 볼트의 고에너지 조정 전자빔을 얻어 주기적인 자기장을 통과하여 서로 다른 에너지 상태의 에너지 준위를 형성하고 자극 방사선을 생성합니다.
(9) 엑시머 레이저, 광섬유 유도파 레이저 등
레이저 원리 개요 및 응용
레이저는 레이저 빛을 방출하는 장치입니다.최초의 마이크로웨이브 양자 증폭기는 1954년에 만들어졌으며 매우 일관된 마이크로웨이브 빔을 얻었습니다.1958년 AL Xiaoluo와 CH Townes는 마이크로웨이브 양자 증폭기의 원리를 광학 주파수 범위로 확장하고 레이저를 생성하는 방법을 지적했습니다.1960년 TH Maiman과 다른 사람들이 최초의 루비 레이저를 만들었습니다.1961년에 A. Jia Wen 등은 헬륨-네온 레이저를 만들었습니다.1962년에 RN Hall과 다른 사람들은 갈륨 비소 반도체 레이저를 만들었습니다.그 이후로 점점 더 많은 유형의 레이저가 있습니다.작동 매체에 따라 레이저는 가스 레이저, 고체 레이저, 반도체 레이저 및 염료 레이저의 네 가지 범주로 나눌 수 있습니다.최근에는 자유 전자 레이저도 개발되었습니다.작동 매체는 주기적인 자기장에서 움직이는 고속 전자 빔입니다.레이저 파장은 극초단파에서 X선까지의 광대역을 커버할 수 있습니다.작동 모드에 따라 연속, 펄스, Q 스위치 및 초단 펄스와 같은 여러 유형이 있습니다.고출력 레이저는 일반적으로 펄스 출력입니다.다양한 유형의 레이저에서 방출되는 수천 개의 레이저 파장이 있습니다.가장 긴 파장은 극초단파 대역에서 0.7mm이고 가장 짧은 파장은 극자외선 영역에서 210옹스트롬입니다.X선 대역의 레이저도 연구되고 있습니다.
자유 전자 레이저를 제외하고 다양한 레이저의 기본 작동 원리는 동일하며 장치의 필수 구성 요소에는 여기 (또는 펌핑), 준 안정 에너지 준위를 갖는 작동 매체 및 공진기 (광학 공진기 참조) 3 부분이 있습니다.여기는 외부 에너지를 흡수한 후 작동 매체가 여기 상태로 여기되어 인구 역전을 실현하고 유지하기 위한 조건을 만드는 것입니다.여기 방법에는 광 여기, 전기 여기, 화학적 여기 및 핵 에너지 여기가 포함됩니다.작동 매체는 유도 방출이 우세하도록 준안정 에너지 준위를 가지므로 광 증폭을 실현합니다.공진기는 캐비티의 광자가 동일한 주파수, 위상 및 진행 방향을 갖도록 하여 레이저의 방향성과 일관성이 우수합니다.
레이저 작업 재료는 입자 수 반전을 달성하고 빛의 유도 방사선 증폭을 생성하는 데 사용되는 재료 시스템을 말하며, 때로는 레이저 이득 매질이라고도 하며 고체(결정, 유리), 가스(원자 가스, 이온 가스), 분자 가스일 수 있습니다. ), 반도체 및 액체.레이저 작업 재료에 대한 주요 요구 사항은 작업 입자의 특정 에너지 수준 사이에서 가능한 한 많은 인구 반전을 달성하고 전체 레이저 방출 과정에서 가능한 한 효과적으로 이러한 반전을 유지하는 것입니다.이를 위해서는 작동 물질이 적절한 에너지 준위 구조와 전이 특성을 가져야 합니다.
여기(펌프) 시스템은 레이저 작업 재료의 인구 역전 실현 및 유지를 위한 에너지원을 제공하는 메커니즘 또는 장치를 말합니다.작업 재료와 레이저의 작동 조건에 따라 다른 여기 방법과 여기 장치를 채택할 수 있으며 다음 4가지가 일반적입니다.① 광 여기(광 펌프).전체 여기 장치는 일반적으로 가스 방전 광원(예: 크세논 램프, 크립톤 램프)과 콘덴서로 구성됩니다.② 가스 방전 여기.입자 수 역전은 가스 작동 물질에서 발생하는 가스 배출 과정에 의해 실현됩니다.전체 여기 장치는 일반적으로 방전 전극과 방전 전원으로 구성됩니다.③ 화학적 인센티브.입자 번호 반전은 작업 물질 내부에서 발생하는 화학 반응 과정을 사용하여 달성되며 일반적으로 적절한 화학 반응물과 해당 개시 조치가 필요합니다.④ 원자력 인센티브.그것은 핵분열 조각, 고에너지 입자 또는 작은 핵분열 반응에 의해 생성된 방사선을 사용하여 작동 물질을 여기시키고 인구 반전을 달성합니다.
광학 공명 공동은 일반적으로 특정 방식으로 결합된 특정 기하학적 모양과 광학 반사 특성을 가진 두 개의 거울로 구성됩니다.기능은 다음과 같습니다. ① 광학적 피드백 기능을 제공하여 자극된 방사선 광자가 공동에서 여러 번 앞뒤로 이동하여 일관된 연속 진동을 형성합니다.② 캐비티 내 왕복 진동 빔의 방향과 주파수는 출력 레이저가 일정한 방향성과 단색성을 갖도록 제한됩니다.공명 공동의 효과는 ① 기하학(반사면의 곡률 반경)과 일반적으로 공동을 구성하는 두 거울의 상대적인 조합에 의해 결정됩니다.빛의 다른 주파수는 다른 선택적 손실 특성을 갖습니다.
몇 가지 일반적인 레이저와 그 용도는 다음과 같습니다.
Nd: YAG 레이저, 1064nm, 고체 레이저, 연속 레이저의 최대 출력은 1000W이며 금속 레이저 절단에 사용할 수 있습니다.
Ho: 레이더 및 의료용으로 눈에 안전한 2097nm 및 2091nm 레이저를 생산하는 고체 레이저 YAG.
He-Ne 레이저, 632.8nm, 가스 레이저, 수 mW의 출력, 콜리메이션, 포지셔닝, 홀로그래피 등에 사용
CO2 레이저, 가스 레이저, 출력 파장 10.6um, 레이저 가공, 의료, 대기 통신 및 기타 군사 응용 분야에 널리 사용됩니다.
N2 분자 레이저, 가스 레이저, 출력 자외선, 피크 전력은 수십 메가와트에 도달할 수 있고 펄스 폭은 10ns 미만이며 반복 주파수는 수십에서 킬로헤르츠입니다.조정 가능한 연료 레이저의 펌프 소스로 사용할 수 있으며 형광 분석에도 사용할 수 있습니다., 오염 감지 등
레이저 파장 튜닝을 달성하기 위한 대략 세 가지 원칙이 있습니다.대부분의 조정 가능한 레이저는 넓은 형광선을 가진 작업 물질을 사용합니다.레이저를 구성하는 공진기는 매우 좁은 파장 범위에서만 손실이 매우 적습니다.따라서 첫 번째는 일부 요소(격자 등)에 의해 공진기의 저손실 영역에 해당하는 파장을 변화시켜 레이저 광의 파장을 변화시키는 것이다.두 번째는 일부 외부 매개변수(예: 자기장, 온도 등)를 변경하여 레이저 전환의 에너지 수준을 이동하는 것입니다.세 번째는 비선형 효과를 사용하여 파장 변환 및 튜닝을 달성하는 것입니다(비선형 광학, 자극된 라만 산란, 광학 주파수 배가 및 광학 파라메트릭 발진 참조).제1 튜닝 방식에 속하는 대표적인 레이저로는 염료 레이저, 크리소베릴 레이저, 컬러 센터 레이저, 파장 가변 고압 가스 레이저, 파장 가변 엑시머 레이저 등이 있다.
가변 레이저는 주로 구현 기술 측면에서 전류 제어 기술, 온도 제어 기술 및 기계 제어 기술로 나뉩니다.
그 중 전자 제어 기술은 주입 전류를 변경하여 파장 튜닝을 구현합니다.ns 수준의 튜닝 속도와 넓은 튜닝 대역폭을 가지고 있지만 출력 전력은 작습니다.보조 격자 지향성 결합 백샘플링 반사) 레이저.온도 제어 기술은 레이저 활성 영역의 굴절률을 변경하여 레이저 출력 파장을 변경합니다.이 기술은 간단하지만 느리고 조정 가능한 대역폭이 몇 nm에 불과합니다.온도 제어 기술을 기반으로 DFB(분산 피드백) 및 DBR(분산 브래그 반사) 레이저가 주로 있습니다.기계적 제어는 주로 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems) 기술을 기반으로 파장 선택을 완료하고 조정 가능한 대역폭이 크고 출력이 높습니다.기계적 제어 기술을 기반으로 주로 DFB(분산 피드백), ECL(외부 공동 레이저) 및 VCSEL(수직 공동 표면 방출 레이저) 및 기타 구조가 있습니다.이러한 측면에서 조정 가능한 레이저의 원리는 아래에 설명되어 있습니다.
현재 제어 기술 기반
전류 제어 기술에 기초한 일반적인 원리는 가변 레이저의 다른 위치에서 섬유 격자 및 위상 제어 부분의 전류를 변경하여 섬유 격자의 상대 굴절률이 변경되어 서로 다른 스펙트럼을 생성하는 것입니다. 섬유 격자의 다른 영역에 의해 생성됩니다.서로 다른 스펙트럼의 중첩은 특정 파장을 선택하여 원하는 특정 파장의 레이저 광을 생성합니다.
전류 제어 기술을 기반으로 하는 파장 가변 레이저는 SGDBR(Sampled Grating Distributed Bragg Reflector) 구조를 채택합니다.
이러한 종류의 레이저는 주로 반도체 증폭 영역, 전면 브래그 격자 영역, 활성 영역, 위상 조정 영역 및 후면 브래그 격자 영역으로 구분된다.전면 브래그 격자 영역, 위상 조정 영역, 후면 브래그 격자 영역은 각각 서로 다른 전류를 통해 해당 영역의 분자 분포 구조를 변화시켜 브래그 격자의 주기적인 특성을 변화시킨다.
활성 영역(Active)에서 생성된 스펙트럼은 전면 브래그 격자 영역과 후면 브래그 격자 영역에 각각 주파수 분포 차이가 작은 스펙트럼이 형성된다.레이저 광의 요구되는 특정 파장에 대해 가변 레이저는 전면 브래그 격자와 후면 브래그 격자에 각각 다른 전류를 인가하여 특정 파장만 중첩되고 다른 파장은 이 두 영역에서 스펙트럼이 중첩되지 않도록 하여 필요한 특정 파장을 출력할 수 있습니다.동시에 레이저는 반도체 증폭기 영역도 포함하므로 특정 파장의 출력 레이저 광 전력이 100mW 또는 20mW에 도달할 수 있습니다.
기계적 제어 기술 기반
기계적 제어 기술을 기반으로 MEMS는 일반적으로 달성하는 데 사용됩니다.기계적 제어 기술을 기반으로 하는 조정 가능한 레이저는 MEMs-DFB 구조를 채택합니다.
조정 가능한 레이저에는 주로 DFB 레이저 어레이, 기울일 수 있는 MEM 미러 및 기타 제어 및 보조 부품이 포함됩니다.
DFB 레이저 어레이 영역에는 여러 DFB 레이저 어레이가 있으며, 각 어레이는 약 1.0nm의 대역폭 내에서 25Ghz 간격으로 특정 파장을 생성할 수 있습니다.필요한 특정 파장의 빛을 출력하기 위해 MEMs 렌즈의 회전 각도를 제어하여 필요한 특정 파장을 선택합니다.
VCSEL 구조 ML 시리즈 시리즈를 기반으로 하는 또 다른 조정 가능 레이저는 반대칭 공동 기술을 사용하고 MEMS를 사용하여 연속 파장 조정을 달성하는 광학 펌핑 수직 공동 표면 방출 레이저를 기반으로 설계되었습니다.동시에 이 방법으로 큰 출력 광출력과 넓은 스펙트럼 튜닝 범위를 얻을 수 있으며, 서미스터와 TEC를 함께 패키징하여 넓은 온도 범위에서 안정적인 출력을 갖는다.정밀한 주파수 제어를 위해 광대역 파장 컨트롤러가 동일한 패키지에 통합되어 있으며 프런트 엔드 탭 광 전력 검출기와 광 아이솔레이터를 사용하여 안정적인 출력 전력을 제공합니다.이 조정 가능한 레이저는 C-대역과 L-대역 모두에서 10/20mW 광출력을 제공할 수 있습니다.
이 원리에 기반한 파장 가변 레이저의 주요 단점은 튜닝 시간이 상대적으로 느리고 일반적으로 몇 초의 튜닝 안정화 시간이 필요하다는 것입니다.
온도 제어 기술 기반
온도 기반 제어 기술은 주로 DFB 구조에서 사용됩니다.원리는 다른 파장을 방출할 수 있도록 레이저 캐비티의 온도를 조정하는 것입니다.
이 원리 기술에 기반한 파장 가변 레이저의 파장 조정은 InGaAsP DFB 레이저가 -5~50℃에서 작동하도록 제어함으로써 구현됩니다.이 모듈은 내장형 FP 에탈론과 광학 전력 감지 기능을 갖추고 있으며 연속 광 출력의 레이저를 ITU에서 지정한 50GHz 간격의 그리드에 고정할 수 있습니다.모듈에는 두 개의 독립적인 TEC가 있으며, 하나는 레이저의 파장을 제어하는 데 사용되고 다른 하나는 모듈의 파장 로커 및 전력 감지 검출기의 일정한 온도 작동을 보장하는 데 사용됩니다.이 모듈에는 출력 광 전력을 증폭하기 위한 SOA가 내장되어 있습니다.
이 제어 기술의 단점은 단일 모듈의 튜닝 폭이 넓지 않고 일반적으로 수 nm에 불과하고 튜닝 시간이 상대적으로 길어 일반적으로 몇 초의 튜닝 안정화 시간이 필요하다는 것입니다.
현재 가변 레이저는 기본적으로 전류 제어 기술, 온도 제어 기술 또는 기계적 제어 기술을 사용하며 일부 공급업체는 이러한 기술 중 하나 또는 둘 모두를 사용할 수 있습니다.물론 기술이 발전함에 따라 다른 새로운 조정 가능한 레이저 제어 기술도 등장할 수 있습니다.
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화누치 프로페셔널레이저 용접기&레이저 청소 기계제조업체.매주 새로운 업데이트 비디오를 보려면 팔로우하세요!
게시 시간: 2022년 7월 26일
