Что такое лазер - устройство, принцип работы и применение лазера

Содержание

• Принципы работы лазера
• Основные компоненты лазера
• Разновидности лазеров
• Сферы применения лазеров
• Наше предложение

Лазер – это технологическое устройство, в задачи которого входит создание узконаправленных и высокоинтенсивных пучков света, образующих излучение с фиксированной силой и мощностью, способное воздействовать на различные поверхности и материалы. Само слово «лазер» представляет собой аббревиатуру, образующуюся из его названия на английском – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. На русский язык это можно перевести как «усиление света посредством вынужденного излучения». Таким образом, название практически полностью описывает процесс работы подобных устройств. Теория о возможностях лазерного излучения возникла в начале XX века. Первые работающие прототипы созданы уже в 60-х годах прошлого столетия. На данный момент применение лазеров стало нормой в самых разных технологических сферах и отраслях деятельности: от медицины до военной отрасли и металлообработки. С развитием технологии снизилась стоимость оборудования, сделав его повсеместно доступным.

Принципы работы лазера

Принцип действия лазера предполагает стимулирование эмиссии первичным излучением, в результате чего образуется узконаправленное вторичное излучение света высокой интенсивности. Процесс проходит в три основных этапа:

• насыщение активной среды – происходит накачка активной среды при помощи внешнего источника, в результате чего часть атомов переходит на более высокие энергетические уровни, а часть остается на прежнем значении;
• распространение фотонов – при возвращении возбужденных атомов на низкие энергетические уровни они излучают фотоны, при столкновении которых с другими атомами запускается цепная реакция – эмиссия;
• выход излучения – при прохождении через активную среду излучение усиливается, и далее при помощи фокусирования между зеркалами-резонаторами происходит образование направленного луча.

Основные компоненты лазера

Для того чтобы понять устройство лазера, необходимо знать, из каких основных компонентов он состоит и какие технические процессы происходят в них. По своему исполнению оборудование может существенно различаться габаритами, комплектацией и компонентами, но общие принципы работы сохраняются. В перечень основных компонентов входит следующее:

• активная среда – представляет собой материал или вещество, которое стимулируется для создания фотонов и запуска процесса эмиссии. В зависимости от типа и конструкции лазера активная среда может быть кристаллом с определенными свойствами или газом;
• внешний источник возбуждения – данный компонент необходим для возбуждения рабочей среды при помощи энергетического воздействия на нее. В качестве источника может выступать другой лазер, световая лампа, источник разрядов электрического тока, выбор источника зависит от типа активной среды;
• резонатор – завершающий компонент системы, в котором и происходит формирование и фокусирование лазерного луча. Состоит из полупрозрачного корпуса и отражающего зеркала, которые и осуществляют фокусировку излучения.

Разновидности лазеров

Типы лазеров, применяемые в различных сферах деятельности, различаются по типу рабочей среды, источнику излучения и ряду других характеристик, определяющих их технические характеристики и рабочие свойства. От данных показателей зависит эффективность их работы в режиме постоянного или импульсного излучения, количество потребляемой энергии, итоговая мощность и другие характеристики излучения. На данный момент наиболее широко применятся следующие разновидности лазеров.

Твердотельный

В данном оборудовании в качестве рабочей среды применяются материалы кристаллического типа. В частности, это может рубин или более сложные материалы, такие как неодимовый иттриево-алюминиевый гранат. Особенность лазеров подобного типа в их возможности создавать мощное излучение с хорошо фиксируемыми рабочими характеристиками. Как результат, такие решения активно применяются в оборудовании для медицинской и военной промышленности, в измерительном оборудовании, в промышленных установках по маркировке материалов и во многих других отраслях.

Волоконный

Еще одной популярной разновидностью оборудования являются лазеры, где в качестве активной среды выступает оптическое волокно, обеспечивающее усиление излучения и его фокусировку. В данном случае для усиления используются свойства редкоземельных ионов. По своей конструкции, в зависимости от типа модуля, лазер может быть цельноволоконным или с комбинированным, гибридным исполнением. Отличительной характеристикой устройств подобного типа является сочетание возможностей настройки высокой мощности излучения и небольших энергозатрат.

Полупроводниковый

Полупроводниковые лазеры можно встретить чаще всего в различных видах бытовой электроники и компьютерной техники. Именно они устанавливаются в приводах устройств для работы с компакт-дисками, применяются в жестких дисках и прочем подобном оборудовании. Благодаря особенностям рабочей активной среды и в целом особенностям конструкции они могут быть очень маломощными и, как результат, подходят для реализации в компактном исполнении.

Газовый

Особенностью установок данного типа является то, что луч в них фокусируется и настраивается в газовой активной среде. В частности, могут использоваться гелий и гелий-неоновые смеси. Так как излучение происходит в дальнем инфракрасном диапазоне, луч имеет красный цвет. Лазеры данного типа отличаются высокой мощностью, и их основным применением является резка твердых материалов. В частности, они применяются для обработки черных и цветных металлов, фрезеровочных работ, обработки пластиков и прочих материалов.

Эксимерный

В лазерах данного типа применяются смеси реактивных и инертных газов. К примеру, смесь хлора или фтора с ксеноном или аргоном и прочие подобные соединения. Для возникновения лазерного излучения они обрабатываются при помощи электрических разрядов, приводящих к образованию димера – псевдомолекулы, способной испускать ультрафиолетовое излучение. Благодаря ряду особенностей и характеристик лазеры подобного типа получили широкое распространение при использовании в медицинских целях на оборудовании для коррекции зрения и т. д.

Лазеры на кристаллах

В качестве активной среды здесь применяются различные виды красителей органического происхождения, которые могут иметь формат раствора или суспензии в зависимости от требуемых рабочих характеристик оборудования. Растворы обладают возможностью к перестраиванию в выбранном волновом диапазоне при воздействии на них с разной интенсивностью.

Сферы применения лазеров

Применение лазеров возможно в различных сферах деятельности. При определении возможностей и сфер эксплуатации подобного оборудования на первый план выходит их мощность и прочие характеристики, такие как длина волны и другие свойства излучения, от которых зависит физика воздействия на поверхность и обработки материалов. Если рассматривать наиболее широко возможности по их эксплуатации, то применение лазера происходит в следующих отраслях:

• промышленном оборудовании для обработки материалов – мощные лазеры используются для резки металла, камня, прочих органических и неорганических материалов, гравировки поверхности, нанесения изображений, маркировки;
• измерительном оборудовании – измерение длины, определение углов наклона, разметка поверхностей, проведение замеров на местности;
• медицинском оборудовании – применяются в хирургии, косметологии, многих других сферах медицинской деятельности;
• электронике и микроэлектронике – используются при производстве компонентной базы, в различных сканерах, датчиках и прочих устройствах;
• военной отрасли – целеуказание и наведение, световое и оптическое воздействие на средства наблюдения.

Лазеры в металлообрабатывающей промышленности и их преимущества

Наиболее широко свойства лазерного излучения оказались востребованы в промышленной отрасли. В частности, оборудование, оснащенное разными типами твердотельных и оптоволоконных лазеров, широко применяется в сфере металлообработки. Лазеры используются для комплектации станков по резке листовых и объемных заготовок, гравировке, маркировке металла. Также лазер может работать при сварке металла, бесконтактной очистке поверхностей от коррозии и различных сложных органических загрязнений. При этом оборудование на основе лазерных технологий обладает следующим набором преимуществ:

• высокой точностью – процесс контролируется блоком автоматики, благодаря чему работа выполняется строго в соответствии с проектом. По окончании резки практически не требуется какая-либо доработка деталей, они полностью готовы к дальнейшему применению;
• качественной обработкой поверхностей – поверхности, обрабатываемые лазерным лучом, испытывают минимальное негативное воздействие в отличие от случаев, когда обработка проводится традиционным абразивным режущим инструментом. Не изнашивается и не деформируется поверхность, отсутствует эффект перегрева и прожига металла при резке, удалении коррозии и прочих процессах, связанных с обработкой лазером;
• универсальностью производственных работ – значительная часть станков универсальна по своему назначению и может выполнять различные функции, работать с разными материалами и заготовками. К примеру, станки листовой резки работают с черным, цветным металлом, различными видами сталей и сплавов. Установки для резки трубы могут работать с трубой круглого, прямоугольного сечения, уголком и различным видами профиля;
• экономией материалов – так как обрабатываемая область имеет минимальный размер и толщина реза не превышает значения в пару миллиметров, удается в значительной степени сократить расход материалов и работать с минимальным остатком. Это способствует оптимизации стоимости работ, сокращает сопутствующие затраты;
• повышением производительности – косвенная заслуга оборудования, возможная за счет применения различных способов автоматизации процессов, сокращения брака и общего повышения скорости обработки и получения заготовок различного типа. На практике внедрение лазерного оборудования с ЧПУ позволяет в значительной степени увеличить выпуск продукции без необходимости привлечения значительного штата сотрудников;
• автоматизацией процессов – все действия, выполняемые на лазерных станках с ЧПУ и прочих подобных устройствах, имеют высокий уровень автоматизации технологических процессов, в том числе можно добиться практически полностью автоматизированного производства по резке металла, получению большого количества серийных, повторяющихся деталей. Также возможна полная автоматизация отдельных процессов сварочных работ.

Наше предложение

Использование лазерного оборудования в производственных процессах становится вопросом конкурентоспособности и развития для каждого крупного предприятия и производства. Лазерное оборудование позволяет повысить производительность труда, улучшить качество выпускаемой продукции, добиться нового уровня автоматизации и реализовать множество других перспективных задач. Если вы хотите заказать станки лазерной резки, сварки, маркировки и прочее производственное оборудование, найти все необходимое можно в нашем каталоге. Обратитесь к консультанту для получения подробной информации или подбора оборудования под конкретные технические параметры и характеристики по тел. 8 800 511 00 95 (бесплатно по РФ) или по почте info@lasergu.ru