2021[液体激光器]液体激光器的优缺点.doc
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1、2021液体激光器液体激光器的优缺点液体激光在激光美容中的作用液体激光在激光美容中的作用液体激光是一种以高科技将浓缩在结晶体内的固体远红外线,负离子,高热能,微量放射元素转化为液态离子。因为液体是流动的,所以不存在损伤和因损伤带来的问题,即使是损伤也可以很快的自行修复。激光高科技的发展使得激光美容应运而生,激光美容具有高效安全、方便快捷、痛苦小等独特的优点,开创了医学美容的新纪元,激光美容已成为当代医学美容中最具有前途和魅力的部分。从激光美容的发展过程,认识到学科交叉产生创新,科学理论对实践具有良好的指导和推动作用,科学的进步离不开科学思维的创造力。关于激光美容仪的原理是利用激光的波长对病变组
2、织的治疗,皮肤激光美容医学是皮肤科学与激光学的良性交叉科学,是一门新兴技术。随着人们生活水平的提高,运用激光技术进行皮肤美容的爱美者越来越多,激光美容的问世为美容领域提供了新的技术治疗手段,也解决了以往治疗方法无法解决的许多问题。YAG固体激光器 YAG包括: 电源 谐振腔泵浦源和冷却系统半导体激光器指示光路1 半导体激光器指示光路2调Q晶体及电源 倍频晶体 示波器激光能量探头 激光功率能量计YAG图 1 : YAG固体激光器 固体激光器控制部分包括电源、电子控制电路、 冷却系统、 触发部分等.图 2 : 电源 电源为YAG固体激光器提供高电压及其它控制电压 图 3 : 谐振腔 谐振腔是提供光
3、学正反馈的必要条件,光子在谐振腔中往返多次被放大,形成受激辐射的光放大激光。它的两端均是可以调节的,因为很多原因都可以造成谐振腔失谐,比如热膨胀、振动等。若激光器一旦失谐,即光线没有经过足够大就逸出腔外,这时必须借助于其它准直仪器进行调整,以重新找回原来的谐振状态。图 4 : 泵浦源和冷却系统 泵浦源的作用是将粒子从低能级E1抽运到激发态E3,E3上的粒子通过无辐射跃迁迅速转移到亚稳态E2,而E2是一个寿命较长的能级,这样不断积累;而E1又不断地减少,从而实现于E2间E1粒子数的反转。冷却系统是为泵中的石榴石晶体提供水冷系统,以保证其正常工作的温度。图 5 : 半导体激光器指示光路1 图 6
4、: 半导体激光器指示光路2 图 7 : 调Q晶体及电源 它是一个电光调制器,是由一个电光晶体、偏振片组成,其中偏振片由于反射的作用,即起到起偏器作用又起到检偏器作用。在加电时,驱动泵浦源,此过程为粒子积累阶段,腔内损耗大,低Q值;在粒子数反转达到最大值时,退除电光晶体上的电压,Q值突然增加,形成巨脉冲。电光晶体的电源采用的是退压式电源。图 8 : 倍频晶体 它是一个非线形元件,可以使YAG输出的1064nm的红外光变成532nm 的可见光段的绿光,使人们在不同激光波长的获取方法上又开辟了新的道路。 图 9 : 示波器 为了准确地测量脉冲的波形和脉宽,我们采用的光电二极管探头和示波器组合,可以准
5、确地捕捉到自由脉冲和调Q后的波形,该示波器是100M的Agilent 54622A 型,可以让我们计算出自由脉冲的脉宽和调Q时半值宽,加深我们对调Q的进一步的理解。图 10 : 激光能量探头 它是热效应探头。为了有效的保护探头,不致于被强激光烧毁,采用接受反射后的激光能量,这样能量大小就为入射光的4%,这样做就大大地提高了探头的安全系数。 图 11 : 激光功率能量计 用于测量激光能量探头接收到的激光能量。半导体激光器的应用半导体激光器的应用 半导体激光在1962年被成功激发,在1970年实现室温下连续输出。后来经过改良,开发出双异质接合型激光及条纹型构造的激光二极管等,广泛使用于光纤通信、光
6、盘、激光打印机、激光扫描器、激光指示器(激光笔),是目前生产量最大的激光器。半导体激光器是用半导体材料作为工作物质的激光器,由于物质结构上的差异,不同种类产生激光的具体过程比较特殊。常用工作物质有砷化镓(GaAs)、硫化镉(CdS)、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等。激励方式有电注入、电子束激励和光泵浦三种形式。 半导体激光器件,可分为同质结、单异质结、双异质结等几种。同质结激光器和单异质结激光器室温时多为脉冲器件,而双异质结激光器室温时可实现连续工作。半导体激光器是成熟较早,进展较快的一类激光器,由于它的波长范围宽,制作简单,成本低,易于大量生产,并且由于体积小,重量轻,寿命长。因此,品
7、种发展快,应用范围广,目前已超过300种。半导体激光器的最主要应用领域是Gb局域网,850hm波长的半导体激光器适用于1Gh/s局域网,1300hm一1550nto波长的半导体激光器适用于10Gb局域网系统。半导体激光器的应用范围覆盖了整个光电子学领域,已成为当今光电子科学的核心技术。半导体激光器在激光测距,激光雷达,激光通信,激光模拟武器,激光警戒,激光制导跟踪,引燃引爆,自动控制,检测仪器等方面获得了广泛的应用,形成了广阔的市场。1978年,半导体激光器开始应用于光纤通信系统,半导体激光器可以作为光纤通信的光源和指示器以及通过大规模集成电路平面工艺组成光电子系统。由于半导体激光器有着超小型
8、,高效率和高速工作的优异特点,所以这类器件的发展,一开始就和光通信技术紧密结合在一起,它在光通信,光变换,光互连,并行光波系统,光信息处理和光存贮,光计算机外部设备的光耦合等方面有重要用途。半导体激光器的问世极大地推动了信息光电子技术的发展,到如今,它是当前光通信领域中发展最快,最为重要的激光光纤通信的重要光源。半导体激光器再加上低损耗光纤,对光纤通信产生了重大影响,并加速了它的发展。因此可以说,没有半导体激光器的出现,就没有当今的光通信。GaAs/GaAIAs双异质结激光器是光纤通信和大气通信的重要光源。如今,凡是长距离,大容量的光信息传输系统无不都采用分布反馈式半导体激光器(DFBLD)。
9、半导体激光器也广泛地应用于光盘技术中,光盘技术是集计算技术,激光技术和数字通信技术于一体的综合性技术是大容量,高密度,快速有效和低成本的信息存储手段,它需要半导体激光器产生的光束将信息写入和读出。下面是几种常用的半导体激光器的应用:量子阱半导体大功率激光器在精密机械零件的激光加工方面有重要应用,同时也成为固体激光器最理想的,高效率泵浦光源。由于它的高效率,高可靠性和小型化的优点,导致了固体激光器的不断更新,在印刷业和医学领域,高功率半导体激光器也有应用。另外,如长波长激光器(1976年,人们用GaInAsP/lnP实现了长波长激光器)用于光通信,短波长激光器用于光盘读出。自从NaKamura实
10、现了GatnN/QaN蓝光激光器,可见光半导体激光器在光盘系统中得到了广泛应用,如cD播放器,DVD系统和高密度光存储器。可见光面发射激光器在光盘,打印机,显示器中都有着很重要的应用,特别是红光,绿光和蓝光面发射激光器的应用更广泛。蓝绿光半导体激光器用于水下通信,激光打印,高密度信息读写,深水探测及应用于大屏幕 彩色显示和高清晰度彩色电视机中。总之,可见光半导体激光器在用作彩色显示器光源,光存贮的读出和写入,激光打印,激光印刷,高密度光盘存储系统,条码读出器以及固体激光器的泵浦源等方面有着广泛的用途。量子级联激光的新型激光器应用于环境检测和医检领域。另外,由于半导体激光器可以通过改变磁场或调节
11、电流实现波长调谐,且已经可以获得线宽很窄的激光输出,因此利用半导体激光器可以进行高分辨光谱研究。可调谐激光器是深入研究物质结构而迅速发展的激光光谱学的重要工具。大功率中红外(35邮,)LD在红外对抗,红外照明,激光雷达,大气窗121,自由空闻通信,大气监视和化学光谱学等方面有广泛的应用。绿光到紫外光的垂直腔面发射器在光电子学中得到了广泛的应用,如超高密8度,光存储。近场光学方案被认为是实现高密度光存储的重要手段.垂直腔面发射激光器还可用在全色平板显示,大面积发射,照明,光信号,光装饰,紫外光刻,激光加工和医疗等方面。如前所述,半导体激光器自20世纪80年代初以来,由于取得了DFB动态单纵模激光
12、器的研制成功和实用化,最子阱和应变层量子阱激光器的出现,大功率激光器及其列阵的进展,可见光激光器的研制成功,面发射激光器的实现,单极性注入半导体激光器的研制等等一系列的重大突破,半导体激光器的应用越来越广泛,半导体激光器已成为激光产业的主要组成部分,目前已成为各国发展信息,通信,家电产业及军事装备不可缺少的重要基础。半导体激光器的发展现状和发展趋势:一是激光器研究向固态化方向发展,半导体激光器和半导体泵浦固体激光器成为激光加工设备的主导方向。由于半导体激光器和半导体泵浦固体激光器自身所具有的高光电转换效率、更小的体积以及更优化的光模式,成为目前发展最为理想、迅速的激光器。半导体激光器以及半导体
13、泵浦固体激光器的最高功率已达到了6KW,并逐步实现了设备的小型化和实用化,以其所具有的这些优势,半导体泵浦固体激光器和半导体激光器在工业激光加工、激光医疗等多个应用领域成为主流激光器,并将取代一些传统激光器的应用,例如灯泵浦的Nd:YAG激光器。二是激光技术对产品投入产出比和技术基础的优化作用更加明显,融合在产品与服务中的技术含量越来越高。飞行激光打标和彩色打标技术深受市场青睐,原因在于其控制软件实现了根据不同的颜色要求,控制不同波长的激光,不同工作时间的输出,提高了激光标记设备的使用范围。德国著名的通快公司最近推出的激光打标机,均装配了远程监控与测试系统,通过对270多个探测点的数据反馈,售
14、后服务工程师可以准确判断设备的运行情况并实施远程诊断,解决了顾客的后顾之忧。三是激光技术与众多新兴学科相结合,更加贴近人们的日常生活。激光美容技术深受越来越多女性的青睐,反映出激光技术与其它学科的融合以及应用领域范围的不断扩大。四是激光产业界并购盛行,各公司力争成为行业巨头。德国著名的通快公司(Trumpf)通过兼并、重组,现有7家从事激光产品生产的企业,其中包括知名的哈斯公司(Haas)。美国相干公司(Coherent)在2001年初将医疗激光集团出售给以色列ESC/Sharplan公司后,购买了几家从事工业激光产品制造的公司,专著于工业激光领域的技术研究和产品开发。ESC/Sharplan
15、 与Coherent合并组成的Lumenis公而司,其在世界医疗激光领域中的“龙头”地位无人能撼。这些大型企业的形成,一方面推动了激光应用技术与产业走向新的发展阶段,另一方面也表明这些厂商正在谋求对激光技术前沿。光纤激光器,灯泵浦和半导体激光器(三者比较) 光纤打标机和半导体及灯泵浦激光打标机三者 主要性能比较 武汉百一机电工程有限公司 光纤激光打标机与灯泵浦激光器性能对比光纤激光打标机设备型号及性能 “武汉百一”的BY-YLP光纤激光打标机在激光打标应用方面具有许多独特的优势。与传统的固体激光器使用晶体棒作为激光介质不同,光纤激光器的激光介质是很长的掺镱双包层光纤,并被高功率多模激光二极管所
16、泵浦。BY-YLP系列光纤激光打标机使用特点1、光束质量极好,适用于精密、精细打标BY-YLP系列光纤激光打标机光束质量比传统的灯泵浦固体激光打标机好得多,为基模(TEM00)输出,发散角是灯泵浦激光器的1/4。尤其适用于要求高的精密、精细打标。2、体积小巧、搬运方便、实现便携化BY-YLP采用光纤传输,由于光纤具有极好的柔绕性,激光器设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小。其重量和占地面积分别是灯泵浦泵浦激光打标机的1/10和1/4,节省空间,便于搬运。且采用光纤传输决定了其能适应加工地点经常变换的要求,实现产品的便携化。3、激光输出功率稳定、设备可靠性高能量波动低于2%,确保激光打标质量的稳
17、定;平均无故障使用时间可达10万小时以上,灯泵浦激光打标机的氪灯的使用寿命在800小时左右。4、效率高、能耗低、节省使用成本电光转换效率为30%(灯泵浦激光打标机为3%),设备功率仅5001000W,日均耗电10度,是灯泵浦激光打标机的1/10左右,长期使用可为用户节省大量的能耗支出。5、自主知识产权的操作软件,操作简便、功能强大可以标刻矢量式图形、文字、条形码、二维码等,可升级实现在线打标,自动打标日期、班次、批号、序列号,支持PLT、PCX、DXF、BMP等文件格式,直接使用SHX、TTF字库。激光打标机系统组成 BY-YLP型光纤激光打标机主要由四部分组成,即:进口光纤激光器、光路及振镜
18、扫描系统、计算机控制系统及工作台。 1、光纤激光器光纤激光器一体化整体结构,无光学污染、无功率的耦合损失,结构小巧紧凑,空气冷却,具有其他激光器不具备的高效率和可靠性。l 优秀的光束质量由于光纤激光器的激光介质是掺镱双包层光纤,谐振腔长,因此光束质量非常好,M2值为1.2(灯泵浦激光打标机为10),输出光斑直径可以达到20微米。优秀的光束质量确保光纤激光打标机在多种材料上令人满意的打标效果,包括:金属、陶瓷、PCB电路板、有镀层的塑胶和玻璃等。l 激光器使用寿命长YLP系列光纤激光打标机使用915nm激光二极管作为泵浦源,使用寿命为10万小时,灯泵浦激光器氪灯的使用寿命800小时左右。l 体积
19、小巧、适用于恶劣环境 由于光纤具有极好的柔绕性,激光器设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小。光纤的表面积/体积比高,散热效果好,无需庞大的水冷系统,只需有灰尘的条件下正常运转。l 免维护操作光纤激光器采用一体化设计,无需进行任何维护,当然也不包括调整或清洁镜片。节省了大量的维修时间,提高了使用方的工作效率。2、光路及振镜扫描系统光学系统:1064nm基于振镜的高精度反射、聚光系统。扩束镜:光束反射前3倍扩束组合透镜。激光校正:选用0.6328um的He-Ne激光准直系统指示光轴位置,指示光与激光同轴,在加工时可达到寻迹指示的功能,并及时进行精确对位。 振镜是使激光按照预定轨迹运行的执行机构,它
20、主要由高精度伺服电机、电机驱动板、反射镜、F-透镜及直流供给电源组成。3、计算机控制系统计算机配置P4或相当等级处理器,抗干扰的电脑主板,中文Windows XP操作系统。武汉百一精心开发的专业打标软件,并配备有专用PCI总线的D/A控制卡,方便快捷地给与振镜扫描系统数据传递及控制声光调制开关的起停,达到按照软件设计的要求进行标刻的目的。基于Windows界面的打标软件具有: 图形化的操作界面 可调用多种格式的CAD图形 多种中英文字体 直接进行系列号及条形码编辑 全面的激光参数数据库 方便的起停控制功能 帮助功能D/A控制卡是基于PCI总线的数字、模拟数据转换卡。它通过37针连接线与振镜扫描
21、系统电机驱动板和声光驱动电源相连 光纤机打标和半导体打标机及灯泵浦打标机的激光器比较 光纤机和半导体及灯泵浦打标机三者运营成本对比费用计算方法:电费 每年按照工作300天,每天工作8小时,每度电1元 100W的灯泵浦机器的耗电量6KW/小时,100W半导体机器的耗电量2.5KW/小时水 每桶纯净水10元,每2个月更换一次氪灯 使用寿命400小时,一年12只,按照成本价400元/只 100W氪灯机器需要一次换两只灯聚光腔 四年按更换一次算YAG棒 四年更换一次算以上计算还不考虑在维修过程中耽搁的时间造成的损失 半导体激光器和氦氖激光器的比较半导体激光器和氦氖激光器的比较总体来讲,红光半导体激光器
22、与氦氖激光器相比各有其优势和劣势。本文对氦氖激光器与半导体激光的优缺点进行一些简述,希望对不同应用的客户在选择激光器时产生些许帮助。 激光功率稳定性对比半导体激光器模块的核心部件为半导体激光管,即LD(Laser Diode),绝大多数半导体激光器模块生产厂家均是购买来LD然后进行装配的。 半导体激光管(LD)的激光输出功率会随其壳体的温度变化而有较大变化。下图为一个典型的半导体激光管的功率电流曲线,从图中可以看到对于同一电流输入的情况,不同的壳体温度会导致激光管输出的功率产生变化。 半导体激光器模块从散热方式上可以简单的分为两种:带温控(TEC)的半导体激光器与不带温控的半导体激光器。对于指
23、示或对准等应用,即对激光功率稳定性及激光噪声要求不高的应用,不带温控的半导体激光器模块因其低廉的价格而被大量使用。 而对于需要较高激光功率,或对激光功率稳定性及激光噪声要求较高的应用,一般均采用带温控的半导体激光器。另外,温控对于延长半导体激光器的寿命有很大的帮助。 氦氖激光器是一种气体激光器,其结构如下图, 在一定工艺的保证下,高质量的氦氖激光器具有良好的输出功率稳定性和极低的激光噪声水平,并且激光参数受环境温度影响非常小。以Melles Griot公司25-LHP系列氦氖激光器为例,其8小时功率稳定性小于+/-2%;在30 Hz to 10 MHz范围内激光噪声(RMS值)小于0.5%;激
24、光器工作温度可从20C 到 40C。激光输出波长半导体激光器的中心波长的一致性比较差,不同批次的半导体激光管的中心波长一般来说都会略有差别。所以在标明半导体激光器的波长时,正规的标法应该是给出一个波范围。例如 Melles Griot公司56RCS004/HS(28mW)的波长范围为636641nm;56 RCS 009/HS(45mW)波长范围为640645nm;56 RCS 008/HS(75mW)波长范围为655665nm。并且半导体激光管(LD)输出波长会随其壳体温度的改变而变化,在壳体温度变化20度的情况下,其输出波长有常常会变化几个纳米。 氦氖激光器的输出波长为准确的632.8nm
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