Laserele de stare solidă diferă de gaz, în principiu, numai datorită naturii pompei. Pomparea optică este utilizată pentru a crea radiații coerente.
Pomparea se face de obicei prin intermediul unui lichid de lucru de răcire și se realizează prin radiații de la lămpi cu descărcare în gaz, LED-uri, lasere etc. Lampa cea mai folosită de pompare.
În mod obișnuit, în proiectarea laserului solid (figura 3.19), tija activă (laser) 1 și lampa de pompare 2 sunt de același tip ("creion"). Oglinzile 3 și 4 ale rezonatorului optic sunt separate prin obturatorul optic de comandă 5. Pentru utilizarea eficientă a energiei optice de pompare, tija 1 și lampa 2 sunt plasate într-un reflector închis 6 de formă eliptică. În acest caz, elementele 1 și 2 sunt situate în focarele secțiunii eliptice a reflectorului, ceea ce ne permite să concentrăm energia de pompare optică în volumul mediului activ. Reflectorul 6 este umplut cu un lichid de răcire, care este pompat periodic prin laser.
Ca mediu activ se utilizează un dielectric cristalin sau amorf, care are centre de luminiscență.
Figura. 3.19 - Laser cu acțiune continuă în stare solidă (versiune de proiectare)
Printre materialele laser, cel mai reprezentativ este grupul de cristale ionice cu impurități. Cristalele de compuși fluorurilor anorganice (CaF2. LaF3. LiYF4), oxizi (Al2 O3) și compuși complecși (CaWO4. Y3 Al15 O12. Ca5 (PO4) 3 F) conținute în rețeaua cristalină a ionilor de impuritate active, pământuri rare (samariu Sm 2+. Disprosiul Dy 2+. tuliu Tw 2+. 3+ Tw. praseodim Pr 3+. neodim Nd 3+. erbiu Er 3+. holmium HO 3+), tranzitorie (crom Cr 3+. Ni 2+ nichel. cobalt Co 2+ vanadiu V 2+) sau ioni de uraniu U 3+. Concentrația de impuritate activă în cristale este de la 0,05 până la câteva procente (în greutate). Generarea excitat de pompare optică, energia este absorbită în principal de ionii de impurități. materiale cu laser contemplate sunt caracterizate prin concentrație ridicată de materie activă (19 octombrie --10 21 cm -3), o foarte mică generație lățimea liniei (0,001--0,1 nm) și o divergență unghiulară mică a radiației generate.
Deficiențele acestor materiale includ un coeficient de conversie scăzut (1-5%) a energiei electrice în energia radiației laser în sistemul "lampă cu cristal cu pompă", complexitatea fabricării tijelor cu laser de dimensiuni mari și omogenitatea optică necesară.
dozare cristale laser cu impurități este crescută este direcționată în general cristalizarea se topesc într-o (cristalizare) dispozitive speciale care asigură o stabilitate ridicată a temperaturii topiturii și viteza de creștere a cristalului. Din cristalele cultivate tije cilindrice sunt tăiate la o lungime de 250 mm și un diametru de 2-20 mm. Capetele tijelor sunt zdrobite, apoi lustruite. In cele mai multe cazuri, tijele sunt fabricate cu capetele plane, paralele între ele, cu o precizie de 3-5 „și strict perpendicular pe axa geometrică a tijei. Poate că utilizarea capete sferice, sau altă configurație (non-default).
Rubinul a fost folosit ca element activ în primul laser industrial.
Rubin (lat ruberus - .. Roșu și rubinus pozdnelat) este o variantă a corindon mineral (Al2 O3), dar conține impurități ioni de crom Cr 3+ (de la sutimi până la 2%, în mod tipic 0,05%), care înlocuiesc ionii aluminiu Al 3+ și (spre deosebire de corindon incolor) definesc culoarea roșie rubin. cu laser oscilație lungime de undă de rubin λ = 694,3 nm.
În prezent, laserele cu stare solidă se bazează în principal pe cristale de granat de ytriu-aluminiu, cu adăugarea de ioni de neodim (Nd: YAG). Mediul activ din ele este cristalul Y3Al5O12, în care o parte a ionilor Y3 + este înlocuită de o valență de ioni Niodima Nd3 +.
Nd: Laserele YAG pot funcționa atât în moduri continue, cât și în moduri pulsate. Când funcționează în modul pulsator, lămpile cu xenon sunt utilizate pentru pompare (la o putere de pompare
10 W), în criptonul continuu (cu putere de pompare
100 wați). Dimensiunile barelor sunt aceleași cu cele ale unui laser rubinic.
Parametrii puterii de ieșire:
în mod multimod continuu - până la 500 W;
în modul pulsatoriu cu o rată ridicată de repetare a impulsurilor (50 Hz) - până la 200 W;
în modul RMD - până la 50 MW.
Dispozitivele CtP utilizează lasere cu putere de la 1 W la mai multe kW. Eficiența este de la 3 (când se utilizează pentru pomparea lămpilor) până la 10% (când se utilizează pentru pomparea diodelor). Adâncimea câmpului ajunge la 60 μm. Sunt utilizate lasere cu lungimea de undă de 1064 nm, precum și o frecvență de încercare (532 nm).
Pentru utilizarea eficientă a energiei radiației pompei se utilizează un reflector închis, umplut cu un lichid de răcire pompat prin volumul său. Una dintre formele cele mai eficiente ale reflectorului este eliptică. Cu această formă a secțiunii reflectorului, lampa pompei și elementul activ sunt amplasate în focurile unei secțiuni eliptice, care asigură concentrația maximă a energiei pompei de lumină în grosimea elementului activ.
Capetele prelucrate optic ale elementului activ pot fi folosite ca oglinzi ale rezonatorului optic într-un laser solid, opțional prevăzut cu acoperiri reflectorizante pentru a obține coeficienții de reflexie și de transmisie necesari. Dacă este necesar să se obțină proprietăți speciale ale radiației laser (natura polarizării, compoziția modului etc.), oglinzile rezonatorului optic pot fi externe, ceea ce se poate datora și tehnologiei de prelucrare și acoperire optică.
Elementul activ și lampa de pompare a unui laser de stare solidă necesită de obicei răcire cu lichid în acele cazuri când puterea radiației laser nu este suficient de mică (la nivelul milliwatt). Aceasta conduce la o complicație în proiectare, deoarece energia pompei trece prin lichidul de răcire, care nu trebuie să fie absorbit în mod considerabil de acest lichid.
De obicei, laserele de stare solidă, în plus față de sursa de alimentare, sunt echipate cu un sistem special de răcire cu o pompă și un schimbător de căldură, ceea ce duce la o scădere a eficienței totale și necesită lucrări suplimentare de întreținere preventivă.
Versiunea laserului ND: YAG cu pompă de pompare este prezentată în Fig. 3.20. Laserele ND: YAG cu lampă solidă cu pompă de lampă au fost primele surse laser utilizate în sistemele CtP pentru flexografie. Astăzi, acestea sunt instalate în multe sisteme, deoarece acestea reprezintă o soluție de încredere dovedită. Componentele acestor lasere au fost dezvoltate de mai multe decenii, iar astăzi sute de companii sunt implicate în producția lor în întreaga lume.
Figura 3.20. Versiunea ND: Laser YAG cu pompare: 1 - oglinzi retrovizoare; 2 - lampă de pompă; 3 - Nd: YAG cristal; 4 - reflector; 5 - amortizor; 6 - oglinda de ieșire; 7 - modulator de lumină; 8 - sistem optic de focalizare
O serie de dezavantaje inerente acestor lasere, în anumite cazuri, le-au forțat să caute înlocuirea. Dezvoltarea și îmbunătățirea tehnologiei laser în anii '90. a condus la propagarea laserelor cu stare solidă, unde sursa de lumină a tubului a fost înlocuită cu lasere semiconductoare (diode). Una dintre variantele sistemului optic al unor astfel de lasere este prezentată în Fig. 3.21.
Figura 3.21 - Nd: versiunea cu laser YAG cu pompare cu semiconductori: 1 - oglinzi retrovizoare; 2 - diode laser de pompare optică; 3 - Nd: YAG cristal; 4 - locuințe; 5 - amortizor; 6 - oglindă de ieșire, 7 - modulator de lumină; 8 - sistem optic de focalizare
In lasere semiconductoare (diode) lămpi sunt utilizate în locul pompat diode laser de putere mare emițătoare de lumină care este lungime de undă (808 nm), care este necesară pentru cristal Nd razei laser: YAG-laser. Principala diferență între aceste lasere de lasere cu flashlamp-pompat este semnificativ mai mare (în ordine) eficiența conversiei radiației de diode laser de mare putere, care evită un consum mare de energie și de a elimina apa de răcire externă intensă (răcire cu apă bucla internă a corpului activ laser necesită în continuare). Toate acestea fac ca sistemele de înregistrare a imaginilor cu astfel de lasere să fie mai convenabile pentru a funcționa.
Puterea laserelor cu pompare cu semiconductor permite ca raza radiației laser să fie împărțită în câteva grinzi controlate separat, fără a deteriora calitatea radiației. Din acest motiv, astfel de lasere sunt indispensabile pentru construirea sistemelor de înregistrare optică multipate utilizate pentru a îmbunătăți performanța, deoarece mai multe fascicule expun materialul în paralel.
În dispozitivele cu divizare a fasciculului laser (spre deosebire de sistemele în care sunt utilizate două lasere diferite), nu se produce o ruptură în timp în imaginea raster. Se știe că o mică deviere a fasciculului laser poate să apară în lasere după un timp, care este exprimată printr-o deplasare mică (câțiva microni) a locului de înregistrare pe material într-o direcție arbitrară. Dar când se obțin două fascicule prin împărțirea unei singure fascicule, această decalare pentru ambele spoturi de înregistrare are loc în mod sincron și nu duce la probleme. Dacă se utilizează două lasere, este posibilă o discrepanță a petelor, ceea ce duce la apariția benzilor din imagine. Acest efect poate fi eliminat numai prin recalibrare, care poate fi efectuată numai de personal special instruit.
Laserele cu stare solidă au următoarele avantaje:
o lungime de undă mică permite obținerea unui spot cu un diametru mai mic de 10 μm și o creștere semnificativă a rezoluției de înregistrare;
Pierderile minime la trecerea prin fibrele optice și ușurința de modulare simplifică proiectarea instalațiilor laser;
Un număr semnificativ de materiale cunoscute (în special metalele) au un coeficient de absorbție mare în regiunea lungimilor de undă emise, care facilitează dezvoltarea plăcilor de plăci și mărește eficiența înregistrării cu laser.
În comparație cu laserele de CO2, acestea funcționează la o lungime de undă mult mai scurtă, ceea ce permite focalizarea radiațiilor de la laserele cu semiconductoare într-un loc de dimensiuni mai mici. În comparație cu laserele cu argon, ele oferă o valoare de eficiență de 2-3 ori mai mare. Avantajele lor includ compactitatea, mobilitatea etc.
Comparativ cu gaz, lasere garnet sunt mai scumpe și în exploatare necesită mai multă atenție prevenirii - nevoia de înlocuire periodică a lămpii de pompare, menținând puritatea fluidului de răcire prin procesul de pompare. În plus, într-un laser pe grenadă, există unele dificultăți în asigurarea stabilității radiațiilor.
În dispozitivele CtP echipate cu lasere solide, companiile oferă plăci plate fotopolimerizate și cu conținut de argint, precum și plăci cu straturi hibride și sensibile la căldură. Sub influența unui laser cu o lungime de undă de 1064 nm, straturile sensibile la căldură pot suferi distrugerea termică, ablația sau structurarea termică.
Laserele lagare YAG sunt echipate cu dispozitive CtP Polaris (Agfa), LaserStar LS (Krause), DigiPlater (PPI) și multe altele. Cu toate acestea, diodele laser recente sunt folosite din ce în ce mai mult în loc de lasere cu stare solidă.
În PHA, laserele cu stare solidă nu sunt practic utilizate.
Articole similare
-
Compararea pompării prin radiația cu diode laser și pomparea lămpii
-
Cum să eliminați semnul de naștere pentru a îndepărta laserul, dedus la domiciliu
Trimiteți-le prietenilor: