Материалы для твердотельных лазеров

Материалы для твердотельных лазеров [c.249]

Для прецизионной резки тонколистовых конструкций, прошивки отверстий и фрезерования пазов в конструкционных материалах используют импульсно-периодическое излучение твердотельных лазеров. В этом случае получают более точные и качественные резы, однако производительность резки в этом случае намного ниже. Расширяется применение лазерной и газолазерной резки и контурной обработки неметаллических материалов. Обрабатываемые материалы и режимы обработки приведены в табл. 32.5. [c.621]

В голографической системе памяти для обеспечения интенсивного коллимированного когерентного света требуется лазер. Он должен быть импульсным (возможно, с синхронизацией мод) или управляться внешним затвором с частотой порядка 10 импульсов в секунду, причем каждый импульс используется с целью записи или считывания. Кроме того, в зависимости от среды для записи голограммы и от того, какие применяются процессы записи и считывания, лазер должен обеспечивать среднюю оптическую мощность в одномодовом режиме около 1 Вт. Большинство материалов для записи голограмм и фотодетекторов наиболее чувствительны в сине-зеленой области спектра. Поэтому в качестве источника света предпочтительно использовать аргоновый лазер, поскольку он дает интенсивные синюю (А=0,488 мкм) и зеленую (Я=0,5145 мкм) линии излучения. Он также удовлетворяет необходимым требованиям к стабильности частоты и амплитуды, длине когерентности и надежности. Недостатками аргонового газового лазера являются его высокая стоимость (около 15 ООО долл.) и низкий КПД преобразования электрической мощности в оптическую (порядка 0,1%). Из твердотельных лазеров для систем голографической памяти наиболее приемлемым является Nd YAG-лазер с удвоением частоты (Я=0,530 мкм). В импульсном режиме работы такой лазер может обеспечить очень высокую пиковую мощность (до 10 Вт). [c.429]

Современный этап развития лазерной техники характеризуется непрерывным увеличением промышленного выпуска лазеров и высокими темпами внедрения лазеров в народное хозяйство. Применение лазеров в машиностроении, в производстве приборов и элементов электронной техники способствует повышению надежности, качества и увеличению выхода годных изделий, улучшает условия труда и уменьшает трудоемкость производства. Среди лазерных технологических установок для сварки, резки, закалки и отжига материалов, сверления отверстий и других операций ведущее место в настоящее время принадлежит установкам с твердотельными лазерами. Твердотельные лазеры также широко используются для исследований и испытаний различных материалов, получения высокотемпературной плазмы и мягкого рентгеновского излучения. Опыт разработок и эксплуатации приборов показывает, что достижение высоких и стабильных во времени параметров лазеров и лазерного излучения (КПД, энергии и мощности излучения, расходимости, спектрального состава) не может быть обеспечено без учета в конструкции лазеров и при управлении режимами их работы различных эффектов, обусловленных нагревом элементов лазерного излучателя. Только при правильном выборе теплового режима элементов излучателя лазера, при устранении или частичной компенсации негативных проявлений термооптических эффектов можно обеспечить стабильность параметров лазеров и эффективное управление их характеристиками. [c.3]

Из лазерных сред в последующем более детально рассматриваются твердотельные материалы для генерации когерентного излучения во всех трех эксплуатационных режимах импульсном, квазинепрерывном и непрерывном. Однако жидкостные и газовые лазерные среды, как и полупроводниковые лазеры всех видов, а также лазеры на парах металлов и органических молекул не рассматриваются из-за несоответствия профилю книги (в ряде случаев они упоминаются как источники излучения). [c.193]

С 1960 г. началось бурное развитие техники твердотельных лазеров, в наши дни превратившихся из экстремального научного достижения, материализовавшего прогнозы Альберта Эйнштейна 1916 г. и В. А. Фабриканта 1949 г., в одно из наиболее широко применяемых средств научных исследований и промышленной технологии. Не рассматривая вопросов собственно физики лазеров и лазерной технологии, которым посвящено уже практически необозримое количество монографий, журнальных статей и материалов фирм, остановимся на краткой характеристике основных активных твердотельных диэлектрических рабочих сред, используемых в лазерах. Для генерации когерентного излучения в настоящее время применяются диэлектрические монокристаллы, легированные примесями активируемых ионов, и стехиометрические поликристал-лические материалы этих же типов, неорганические и органические (полимерные) стекла и пленки. [c.229]

Расходимость луча твердотельных лазеров с плоскопараллельным резонатором по мере повышения оптического качества лазерных материалов оказывается все ближе к пределу, обусловленному дифракцией. Но даже для рубинового лазера, оптические свойства которого были наиболее высокими, необходимо еще значительное повышение оптического качества кристаллов, прежде чем его пучок приблизится по своей расходимости к пучкам газовых лазеров. [c.72]

Таким уникальным сочетанием выходных параметров, как у ЛПМ, сегодня не обладает ни один из известных коммерческих лазеров [8-10, 37]. КПД промышленных ЛПМ обычно составляет 0,5-1%, что на порядок больше, чем КПД непрерывного аргонового лазера (Аг+) с близкой по уровню мощностью. Однако ЛПМ в той же мере (на порядок) уступает по КПД мощным инфракрасным СОг-лазерам (Л = 10600 нм), но из-за более коротковолнового излучения его энергия может быть сфокусирована в области, имеющей на два порядка меньшую площадь [38]. Поэтому для ряда применений, например для прецизионной обработки материалов, высокие плотности мощности излучения с использованием ЛПМ достигаются при относительно небольших средних мощностях. Такие теплопроводные металлы, как Си, А1, Аи, Ag, обрабатывать излучением СО2- и других ИК-лазеров практически невозможно (коэффициент отражения превышает 95%). Близкий по спектру, мощности и КПД распространенный твердотельный лазер на основе иттрий-алюминиевого граната с неодимом (YAG Nd) (Л = 1064 нм) и с удвоением частоты (Л = 532 нм) из-за тепловых искажений имеет относительно большие расходимости. [c.6]

Из разнообразных типов квантовых генераторов (лазеров) для обработки материалов в основном используются твердотельные и газовые лазеры. В твердотельных лазерах генерация излучения осуществляется в твердом активном элементе, в качестве которого исполь- [c.562]

Высокий квантовый выход излучения большинства материалов твердотельных лазеров, таким образом, делает их естественным кандидатом для антистоксовых флуоресцентных охладителей. В этом контексте можно рассматривать эти устройства как лазеры с оптической накачкой, работающие в обратном режиме. [c.45]

Полупроводниковые лазеры занимают особое место в ряду твердотельных или кристаллических лазеров. Применение полупроводников в качестве рабочих материалов для лазеров привлекло к себе внимание в первую очередь возможностью осуществления непосредственного преобразования энергии электрического тока в энергию когерентного излучения. Полупроводники обладают рядом характерных свойств, среди которых от люминесцентных кристаллов их отличает электропроводность, а от газовых систем — весьма широкие линии излучения и возможность создания высокой концентрации активных частиц. Эти свойства полупроводников дают полупроводниковым лазерам ряд особенностей, главной из которых является высокий к. п. д. полупроводникового лазера, который может быть близок к 100%. [c.439]

Твердотельные (АИГ К(1)-технологичес-кие лазеры имеют более короткую длину волны излучения (1,06 мкм) в отличие от СОг-ла-зера (10,6 мкм). Это дает возможность применять для фокусировки линзы из простого оптического стекла, в то время как для СОг-лазера требуются линзы из таких дефицитных материалов, как арсенид галлия, германий, селенид цинка и др. [c.439]

Технология лазерной сварки. Лазерная сварка - весьма перспективное направление в технологии обработки КМ. Сочетание высокой концентрации энергии с технологичностью процесса позволяет рекомендовать этот метод сварки для широкого круга материалов различной толщины. Наибольший эффект достигается при использовании мощного излучения (>1 кВт) СО2-лазеров. Однако в ряде случаев, например при изготовлении деталей приборов, целесообразно применение твердотельных лазеров небольшой мощности. [c.169]

Для скрайбирования кремния, обладающего высокой поглощательной способностью на полосе 1 мкм, применяются ИАГ-лазеры свободной генерации или с модуляцией добротности. Для прецизионной резки полупроводниковых материалов может использоваться установка на базе импульсного лазера на азоте. В отлитие от полупроводников, обработанных излучением твердотельных лазеров, работающих в режиме свободной генерации, монокристаллы сурьмянистого индия, арсенида галлия и германия, подвергнутые воздействию излучения азотного лазера, не изменяют структуру вблизи зоны реза. Указанное обстоятельство является весьма важным, так как даже незначительное изменение структуры поверхности полупроводника может сильно изменить его электрофизические свойства. Этот метод был применен для разделения плоского /7-л-перехода на ряд элементов различной конфигурации. [c.317]

Установки с твердотельными лазерами предназначаются, в основном, для сверления относительно толстых материалов многоимпульсным методом (алмазов, часовых камней). [c.322]

Для процессов разделения материалов используется излучение лазеров, как с непрерывной, так и с импульсной генерацией на базе твердотельных и газовых лазеров при этом более высокая производительность обеспечивается на технологических установках на базе газовых лазеров непрерывного излучения. [c.613]

Современные промышленные лазеры применяют для сварки, наплавки, резки, прошивки отверстий, поверхностной обработки различных конструкционных материалов во многих отраслях машиностроения. Промышленные газовые и твердотельные лазеры снабжены микропроцессорной системой управления. Вакуум при сварке лазером не нужен, и ее можно выполнять на воздухе даже на значительном расстоянии от генератора излучения. С помощью газового лазера режут не только металлические, но и неметаллические материалы слоистые пластики, стеклотекстолит, гетинакс и др. [c.14]

Нет сомнения в том, что эта новая техника находится пока еще в ранней стадии развития и что будет достигнут дальнейший прогресс в голографическом интерференционном контроле, а также будут найдены новые области ее применения. Например, развитие импульсных твердотельных лазеров, генерирующих значительно более интенсивное излучение, чем обычно используемые в голографии непрерывные газовые лазеры, открывает пути развития таких методов контроля, которые могут использоваться непосредственно на заводах. При использовании относительно маломощных газовых лазеров необходимо время экспозиции голограммы порядка секунд и более в связи с этим требуется чрезвычайно высокая стабильность установки. Импульсные лазеры, обладая энергией, достаточной для экспозиции фотографических материалов за время импульса, составляющего доли микросекунды, не требуют очень высокой стабильности. Однако в настоящее время излучение таких лазеров характеризуется относительно малой длиной когерентности. Это является основным препятствием их широкому использованию в задачах контроля. [c.190]

На рис. 65 представлены уровни плотности мощности, необходимые для обработки различных материалов, а также показана динамика развития по годам нескольких типов лазеров. Как видно, из всех имеющихся типов только твердотельные и СО -лазеры [c.104]

В твердотельных и полупроводниковых лазерах расстояние между зеркалами обычно достаточно мало для того, чтобы спектрографы с умеренной разрешающей способностью могли разрешить отдельные осевые моды. Пример лазера на СаРг работающего на длине волны 2,51 мк, показывает, как такого рода методика применяется в диапазоне длин волн, в котором нет фотографических материалов. Спектры были получены при помощи приемника из сульфида свинца (на точном микрометрическом винте), которым с большой дисперсией сканировали фокальную плоскость спектрометра, куда был направлен лазерный пучок. Разрешение было ограничено шириной щели и равнялось 0,05 см . Осевые моды, присутствующие в излучении лазера, были четко разрешены [45 [c.77]

Рубин остается, несомненно, наиболее широкоиспользуемым материалом для твердотельных лазеров, применяемых в голографии, главным образом из-за большой энергии выходного излучения и его длины волны. [c.276]

Наиболее перспективными в настоящее время материалами для твердотельных диэлектрических лазеров являются соединения сложных оксидов редкоземельной группы элементов и алюминия. Рассмотрим их свойства на примере диаграммы состояний двойной системы УзО ) — А12О3, но вначале поясним, что такое диаграммы состояний бинарных систем и как ими пользоваться. [c.67]

Монокристаллы на основе бинарных систем оксидов редкоземельных элементов Ьп и алюминия являются наиболее перспективными материалами для изготовления активных элементов твердотельных лазеров. Диаграммы состояния систем ЬПгОд — А12О3 [c.70]

ЛАЗЕРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ — совокупность приёмов и способов обработки материалов и изделий с использованием лазеров. В Л. т. применяются твердотельные лазеры и газовые лазеры, работающие в импульсном, импульсно-периодическом и непрерывпом режимах. Осн. оиерации связаны с тепловым действием [азерного излучения. Для управления световым потоком (повышения интеЕтспвности и локализации воздействия) применяются оптич. системы. Преимущества Л, т.— [c.555]

Для обработки металлов чаще всего применяют твердотельные лазеры, так как их излучение лучше поглощается металлическими поверхностями. Для обработки неметаллических материалов, например изготовления декоративных деревянных изделий (мёбель, паркет и т.п.), раскроя пачек ткани, бумаги, картона, листовой резины, пластиков, асбоцемента и др. чаще всего применяют СОг-лазеры. Полупроводники обрабатывают твердотельными лазерами, так как эти материалы обла-.дают невысокой поглощающей способностью излучения СОг-лазера, но не вследствие высокого отражения, а из-за прозрачности для длины волны 10,6 мкм. [c.253]

В гл. 1 было показано, что термооптические искажения активных элементов твердотельных лазеров удобно описывать с помощью специфических для толстых оптических сред постоянных W, Р и Q, характеризующих соответственно W — среднее по поперечному сечению приращение оптического пути в элементе Р — приращение оптического пути, усредненное для двух поляризаций Q —величину термоиндуцированного двойного лучепреломления. Вычисление этих величин требует знания коэффициентов линейного расширения и температурного изменения показателя преломления материала и его упругих и фото-унругих постоянных. Для хорошо изученных материалов постоянные W, Р и Q могут быть рассчитаны по формулам (1.21)—(1.23). При разработке новых активных сред определение термооптических постоянных целесообразно проводить путем непосредственных их измерений в одном эксперименте, моделирующем тепловые условия работы активного элемента в лазерном излучателе. Основной методической трудностью таких экспериментов является обеспечение определенного и хорошо известного температурного поля в исследуемом образце, так как изменения коэффициента преломления среды зависят от перепада температуры и от вида ее распределения. [c.186]

Энергия, выходящая из ЛПМ небольшими порциями с большой пиковой мощностью при высокой ЧПИ, обеспечивает высокорегулируемое и прогнозируемое удаление материала из обрабатываемого участка при образовании минимальной зоны термического влияния. Короткоимпульсное излучение ЛПМ создает заметно более низкий порог по энергии для эффективной обработки материала, чем лазеры непрерывного излучения, которые приводят к образованию экранирующей плазмы [239]. Зона удаления (обработки) материала жестко ограничивается пятном фокусировки, которое у ЛПМ меньше, чем у любого ИК-лазера. Например, пятно фокусировки пучка с дифракционной расходимостью у газового СОг-лазера в 20 раз больше, чем у ЛПМ. В твердотельных лазерах на YAG Nd из-за возникающих в нем тепловых деформаций качество пучка излучения в несколько раз ниже дифракционного предела [240]. Еще одно преимущество ЛПМ перед ИК-лазерами состоит в том, что металлы имеют меньший коэффициент отражения в диапазоне излучения ЛПМ (40-50%), чем в ИК-диапазоне (> 95%) [241]. Такие металлы, как Л1 и Си, обрабатывать с помощью СО2- и других ИК-лазеров весьма затруднительно из-за сочетания высокого отражения ИК-излучения и очень высокой удельной теплопроводности металлов. Поэтому получить расплав с помощью этих лазеров очень сложно [233, 242. Наличие в излучении ЛПМ двух длин волн в видимой области спектра (0,51 и 0,58 мкм) позволили легко обрабатывать и алюминий, и медь. Многие другие материалы также эффективно обрабатываются с помощью ЛПМ. Например, ЛПМ режет кремний в 10 раз быстрее, нежели другие лазеры, близкие по назначению [243]. Сравнение скорости резки, выполненной короткоимпульсным YAG Nd-лaзepoм [c.235]

Установка "Квант-50" также может использоваться для резки диэлектрических материалов излучением непрерывного твердотельного лазера (X = 1,06 мкм) мощностью до 120 Вт габаритные размеры установки 1550х1440х х1240 мм масса — 470 кг. [c.321]

На организованной Американским оптическим обществом тематической конференции Лазеры и оптическое дистанционное зондирование , проведенной в 1987 г. [П], были представлены при-глаптенные доклады [14, 15], оба из Лэнгли исследовательского центра НАСА. Первый из этих докладов посвящен итогам концептуального анализа проблемы лазерных источников для космических систем, порученной Лэнгли исследовательскому центру. Анализ включает использование всех достижений государственных, университетских и индустриальных учереждений, имеющих отношение к проблеме, включая задачи роста материалов, инфракрасных детекторов, лабораторных испытаний и т. п. с акцентом на использование твердотельных лазеров. Подчеркивается, что в течение последних двух лет программа сфокусировала свое внимание на сапфир с титаном, как основное рабочее тело космического лазера. [c.214]

ФЛЮОРЙТ, природный и синтетич. кристалл aFa, точечная группа симметрии тЗт. Плотность 3,18 г/см Гпл—1360°С твёрдость по шкале Мооса 4 молекулярная масса 78,08 оптически анизотропен, для >.=0,656 мкм показатель преломления тг=1,43 прозрачен в диапазоне X 0,125—10 мкм. Ф. без примесей применяется для изготовления оптич. линз и призм, а ак-тивированны разл. примесями (в т. ч. редкоземельными элементами) — как лазерный материал (см. Твердотельные лазеры) для преобразования ИК-излучения в видимый свет, в качестве фотохромных материалов, твёрдых электролитов с высокой ионной проводимостью (ионы F) и т. д. ФОКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ, см. Фокус в оптике. [c.821]

Заслуги советских ученых в деле развития квантовой электроники, а также вклад американских ученых были отмечены Нобелевской премией. Ее получили в 1964 году Н. Г. Басов, А. М. Прохоров и-Ч. Таунс. С этого момента началось бурное развитие лазеров и приборов, основанных на их использовании. Было получено стимулированное излучение от многих материалов — твердотельных, газовых, жидких, полупроводниковых. Диапазон излучения стал захватывать широкий участок спектра от крайнего ультрафиолета до дальней инфракрасной области, а в последние годы получено стимулированное излучение, лежащее в рентгеновском диапазоне. Поскольку стимулированное излучение отличается от теплового монохроматичностью, узконаправленностью, высокой спектральной яркостью и когерентностью, то его стали использовать для построения целого ряда приборов, предназначенных сначала для проведения экспериментальных исследований, а затем для лазерной технологии. Эти приборы способствовали развитию новых научных направлений, таких как лазерная интерферометрия, интроскопия, безлинзовая оптика, голография, термоядерный синтез. [c.5]

Для выбора жидкой лазерной среды сначала необходимо перебрать жидкие материалы, обладающие люминесценцией. Сначала предпочтение было отдано органическим веществам, в основном из-за того, что люминисценция — довольно общее явление в органике. Некоторые ранние сообщения об успехе, как было показано позднее, оказались преждевременными, и получение предсказанного вынужденного излучения из органических систем оказалось более сложным, чем считалось. Действительно, о работе чистого органического лазера было впервые сообщено только в прошлом году Питером Сорокиным и Джоном Ланкардом из корпорации Интернейшнл Бизнес Мэшинз . Их лазер имеет ряд новых свойств и будет предметом дальнейшего изучения. На настоящем этапе он требует использования чрезвычайно мощных коротких импульсов возбуждающего излучения, которое можно получить только от гигантского импульса рубинового лазера или от импульсных ламп в сочетании со специальными электрическими схемами. Такие органические лазеры работают в импульсном режиме и способны давать высокую частоту импульсов. Выход состоит из коротких импульсов излучения с высокой пиковой мощностью. Хотя этот класс жидких лазеров и очень интересен, существуют специфические проблемы и свойства, которые ставят их в стороне от других видов лазеров. В этой статье мы имеем дело в основном с жидкими лазерами, чьи характеристики более напоминают характеристики твердотельных установок. [c.46]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...