Tùy thuộc vào sức mạnh của laser, có nhiều ứng dụng khác nhau cho công nghệ laser trong các ngành công nghiệp y tế, sản xuất, xây dựng và điện tử. Các ứng dụng laser điển hình bao gồm: cắt, hàn, khắc, khắc, xử lý nhiệt kim loại và nhựa, khảo sát, chỉ và cân bằng. Chúng cũng có thể được sử dụng làm vũ khí laser. Hệ thống vũ khí laser được Hải quân Mỹ sử dụng để tiêu diệt, làm tê liệt hoặc cảnh báo các mục tiêu. Các chùm tia laser từ vũ khí laser cũng có thể được các nhóm quân sự khác sử dụng để bắn hạ tên lửa và máy bay không người lái.
Các laser yếu nhất, chẳng hạn như các mô-đun laser, được sử dụng làm con trỏ laser, công cụ cân bằng và khảo sát. Bệnh viện, văn phòng nha sĩ và văn phòng bác sĩ sử dụng laser nha khoa, laser y tế cho phẫu thuật và các thủ tục quang học. Các hệ thống laser công suất cao nhất được sử dụng trong chế tạo vật liệu. Những laser công nghiệp, nhà cung cấp được tìm thấy trên IQS Directory , đủ mạnh để thực hiện các ứng dụng cắt, hàn , khắc , khắc và xử lý nhiệt kim loại và nhựa.
Lịch sử của Laser
Laser theo dõi sự khởi đầu của họ với Albert Einstein và bài báo của ông được phát hành vào năm 1917, trên cơ sở lý thuyết lượng tử của bức xạ. Thông qua thảo luận về khí thải từ việc di chuyển proton và các nguyên tử ở trạng thái kích thích, ông đã đề xuất khả năng phát xạ kích thích. Tất nhiên, lý thuyết của ông đã chứng minh đúng. Các nhà khoa học đã không bắt đầu khám phá nó, mặc dù, cho đến những năm 1940 và 1950.
Charles H. Townes, một nhà vật lý người Mỹ, là một trong những người đầu tiên bắt đầu công việc này. Trong Thế chiến II, ông đã làm việc trên các hệ thống radar. Sau khi chiến tranh kết thúc, ông đã nghiên cứu một lĩnh vực tương tự, quang phổ phân tử. Sử dụng quang phổ phân tử, anh ta có thể gửi năng lượng ánh sáng vào các nhóm phân tử, xem năng lượng bức xạ tán xạ chúng và nghiên cứu cấu trúc của chúng. Thực hành này là hữu ích, nhưng hạn chế. Townes muốn sử dụng bước sóng vi sóng ngắn hơn, nhưng anh không thể sản xuất chúng với công nghệ trên tay. Ý tưởng đầu tiên của ông là chế tạo một thiết bị sử dụng phát xạ kích thích của Einstein để tạo ra năng lượng ánh sáng với bước sóng ngắn hơn. Từ đó, năm 1953, ông đã sản xuất maser (Khuếch đại vi sóng bằng cách phát xạ kích thích). Maser hoạt động tương tự như laser,
Năm 1957, khi đang làm việc cho Bell Labs, Townes bắt đầu làm việc với laser. Đó là đồng nghiệp của anh, Arthur Schawlow, người đề nghị anh sử dụng gương để tập trung năng lượng ánh sáng. Điều này đã được chứng minh là chất xúc tác cho việc tạo ra laser. Cùng nhau, năm 1958, Townes và Schawlow đã xuất bản một bài báo về lý thuyết của họ trên Tạp chí Vật lý. Năm 1960, họ đã nhận được bằng sáng chế cho ý tưởng của họ. Tuy nhiên, trước khi họ có thể chế tạo laser, cùng năm đó, Theodore H. Maiman, làm việc cho Phòng thí nghiệm nghiên cứu của Hughes, đã chế tạo chiếc đầu tiên. Ông dựa vào tia laser của mình dựa trên công việc của Townes và Schawlow. Bức xạ laser của anh ta dựa vào một trạng thái rắn, tinh thể ruby tổng hợp được bơm bằng đèn flash. Với nó, nó phát ra bước sóng 694 nanomet, tia laser ánh sáng đỏ. Loại laser này được biết đến như là một laser trạng thái rắn (dpss) được bơm đi-ốt. Thật không may, tia laser của anh ta chỉ có thể phát ra chùm tia của nó.
Những năm 1960 là một thập kỷ quan trọng đối với laser. Trong những năm đó, các nhà khoa học đã có nhiều tiến bộ trong công nghệ laser. Ví dụ, cũng vào năm 1960, Ali Javan, cùng với Donald Herriott và William R. Bennet, đã sản xuất tia laser khí đầu tiên. Không giống như laser của Maiman, laser của họ có thể được sử dụng để hoạt động liên tục. Nó sử dụng khí neon và khí heli. Năm 1993, Javan được công nhận với công trình của mình với Giải thưởng Albert Einstein. Năm 1962, Robert N. Hall đã xây dựng hệ thống diode laser đầu tiên. Nó phát ra các dải hồng ngoại gần của tia laser. Cùng năm đó, Nick Holonyak, Jr. đã chế tạo ra laser diode đầu tiên phát ra ánh sáng trong quang phổ nhìn thấy được.
Kể từ những đợt sản xuất đầu tiên, các nhà khoa học và kỹ sư đã thực hiện vô số cải tiến về công nghệ laser. Ví dụ, họ đã cải thiện công suất xung tối đa, công suất đầu ra tối đa, hiệu quả và thời lượng đầu ra. Họ cũng đã mở rộng các bước sóng mà họ phát ra, các vật liệu họ sử dụng và sử dụng laser. Ngày nay, các sản phẩm laser chính xác đến mức chúng thậm chí có thể được sử dụng trong giải trình tự DNA. Các nhà khoa học tiếp tục nghiên cứu và phát triển các khả năng mới với laser. Thời gian trôi qua, chúng ta có thể mong đợi ngày càng nhiều đổi mới.
Thiết kế
Vật liệu trung bình đạt được
Vật liệu trung bình đạt được bao gồm:
Vật liệu laser trạng thái rắn như: garnet nhôm neodymium-yttri (ND: YAG)
Các vật liệu trạng thái khí trơ và phản ứng như: khí ion hóa (laser ion), helium, helium-neon, carbon dioxide (CO2), clo, flo, argon, krypton và xenon
Vật liệu lỏng như thuốc nhuộm hữu cơ
Chất bán dẫn
Cân nhắc và tùy biến
Khi chế tạo laser tùy chỉnh, các nhà cung cấp có thể thay đổi rất nhiều sản phẩm laser về: kích thước, sản lượng, chất lượng chùm tia, mức tiêu thụ năng lượng laser, hệ thống bơm và tuổi thọ hoạt động. Nếu họ đang làm việc với laser sợi công nghiệp, họ cũng có thể cuộn hoặc uốn sợi để thay đổi chất lượng chùm sáng hoặc tiết kiệm không gian.
Các nhà cung cấp đưa ra lựa chọn của họ dựa trên các thông số kỹ thuật của ứng dụng như: vật liệu mà laser sẽ tác động (da, nhựa, kim loại, v.v.), loại ứng dụng (đốt, cắt laser, hàn, chỉ, v.v.) yêu cầu công suất, độ nhạy cần thiết, yêu cầu độ chính xác, không gian có sẵn, vv Tìm hiểu thêm về chế tạo laser tùy chỉnh bằng cách nói chuyện với các nhà cung cấp tiềm năng của bạn.
Đặc trưng
Tất cả các laser bao gồm một khoang quang học, môi trường khuếch đại và hệ thống bơm.
Khoang quang chứa phương tiện, là nguồn của ánh sáng laser và các gương kích thích môi trường và hướng các photon được tạo ra trở lại dọc theo cùng một đường dẫn chung. (Photon là các hạt mang năng lượng và đại diện cho ánh sáng laser. Photon có khối lượng nghỉ bằng không.) Môi trường laser có thể là chất rắn, chất khí (ví dụ argon), chất nhuộm màu hoặc chất bán dẫn, như trường hợp của laser diode.
Hệ thống bơm truyền năng lượng cho phương tiện truyền thông theo ba cách cơ bản. Trong bơm quang, hệ thống sử dụng các photon từ một nguồn khác, chẳng hạn như ống laser flash khí xenon. Bơm va chạm truyền năng lượng bằng cách sử dụng phóng điện trong môi trường hỗn hợp khí hoặc khí nguyên chất. Hệ thống bơm cũng có thể dựa vào năng lượng liên kết được giải phóng trong các phản ứng hóa học để nâng phương tiện truyền thông lên trạng thái phát quang.
Các loại
Laser CO2 sử dụng khí CO2 chứa để tạo ra năng lượng của chúng. Laser CO2, có thể chạy hàng ngàn giờ trước khi cần nguồn cung cấp CO2 mới, hoạt động rất tốt với hầu hết các kim loại, gỗ, nhựa, gốm sứ, thủy tinh và thạch anh. Chúng được sử dụng cho các ứng dụng cắt và hàn laser sâu.
Laser Diode, còn được gọi là “laser bán dẫn, sử dụng các chip siêu nhỏ làm từ gallium-arsenide hoặc một chất bán dẫn khác để tạo ra nguồn ánh sáng laser kết hợp của chúng. Laser diode thường nhỏ hơn và kém mạnh hơn các laser khác , các ứng dụng năng lượng thấp. Điốt laser có thể được tìm thấy trong các ổ đĩa CD-ROM, đầu CD, máy quét mã vạch và máy in laser.
Laser nhuộm sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ phức tạp trong dung dịch lỏng hoặc huyền phù làm môi trường phát quang. Laser nhuộm có khả năng được điều chỉnh trong một loạt các bước sóng.
Laser nhúng có khả năng vốn có cao hơn hệ thống laser được tích hợp, trong đó số lớp được gán thấp hơn của hệ thống phù hợp với các tính năng kỹ thuật hạn chế phát xạ có thể truy cập.
Laser Excimer tạo ra các xung ánh sáng cực tím ngắn (cực mạnh) và có sức mạnh và tính linh hoạt cao nhất của bất kỳ nguồn sáng nào trong phạm vi UV của phổ điện từ. Chúng chỉ được sử dụng cho các hoạt động cắt và đốt laser. Còn được gọi là laser excimer cực tím, laser excimer được sử dụng rộng rãi trong các ngành khoa học, công nghiệp và y tế.
Laser sợi là hệ thống laser trạng thái rắn mạnh mẽ được sử dụng để cắt laser, đánh dấu, khắc, hàn, ủ, thiêu kết, khoan, in, lạm phát và ghi chép. Chúng rất hữu ích trong các cài đặt bao gồm: viễn thông, truyền thông quang học, điện tử, thiết bị y tế, y tế, gia công kim loại, chế tạo nhựa, sản xuất ô tô và xử lý vật liệu. Họ sử dụng các sợi quang pha tạp với một lượng nhỏ các ion hoặc halogen hiếm, như ytterbium, erbium, praseodymium hoặc neodymium.
Laser neon helium là laser được tạo ra thông qua quá trình điện khí hóa helium và neon trong vỏ bọc.
Laser công nghiệp là hệ thống laser được sử dụng trong các thiết lập công nghiệp để cắt, hàn, đốt, khắc và các quá trình khác.
Laser gương bên trong là các thiết bị phát quang được chế tạo với gương khoang phản chiếu được gắn vào vỏ bọc chứa khí. Các mô-đun laser là các hệ thống laser nhỏ thường di động, công suất thấp và được sử dụng cho nhiều ứng dụng tiêu dùng hơn các ứng dụng công nghiệp hoặc thương mại; một vài ví dụ là con trỏ laser và mức laser. Hệ thống laser được sử dụng cho nhiều ứng dụng, bao gồm cắt kim loại, cắt bế và cắt nhựa, đánh dấu kim loại và phi kim loại và gia công vi mô.
Laser đánh dấu được sử dụng để ghi chép các chữ cái, từ ngữ, thiết kế, vv, trên các vật liệu khác nhau, chẳng hạn như gốm sứ, gỗ và thủy tinh. Các ống kính khác nhau cung cấp các biến thể trong đường kính laser, từ đó tăng hoặc giảm độ dày của vạch.
Laser y tế được sử dụng thay cho dao mổ và các dụng cụ y tế khác vì độ chính xác của chúng.
Laser garnet nhôm Yttri , còn được gọi là “Laser NAG: YAG laser hay” YAG laser, là các laser trạng thái rắn sử dụng tinh thể YAG pha tạp neodymium làm môi trường phát quang.
Laser YAG có sẵn trong các cấu hình không đổi và xung và thường được sử dụng cho các ứng dụng như: đánh dấu laser, cắt , cắt sâu và hàn.
Laser trạng thái rắn (laser trạng thái rắn) là các hệ thống laser trong đó một chùm tia laser được tạo ra bằng cách điện khí hóa môi trường khuếch đại rắn. Phương tiện khuếch đại là nguồn ánh sáng và cơ chế khuếch đại ánh sáng trong các hệ thống laser.
Các tia laser nhìn thấy phát ra ánh sáng có bước sóng trong phổ khả kiến, có thể là đỏ, lục, tím hoặc xanh. Trong khi hầu hết các tia laser là hồng ngoại và do đó không thể nhìn thấy bằng mắt thường, nhiều ứng dụng yêu cầu laser ánh sáng nhìn thấy được.
Laser hàn có thời gian phơi sáng nhanh với ít vật liệu bên ngoài vùng lấy nét được làm nóng. Laser hàn, hoạt động với năng lượng rất đậm đặc, cực kỳ chính xác và có thể thực hiện các mối hàn mà thợ hàn người không thể làm được.
Ưu điểm của Laser
Laser cung cấp nhiều lợi thế. Đầu tiên, họ có đầu ra ổn định cao và sẽ hoạt động đáng tin cậy trong thời gian dài, đòi hỏi dịch vụ tối thiểu. Thứ hai, các nhà sản xuất laser cung cấp các giải pháp đáng tin cậy cho các ứng dụng chu kỳ / sử dụng liên tục. Tùy thuộc vào tốc độ lặp lại, laser có thể hoạt động liên tục trong hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn giờ.
Phụ kiện
Các phụ kiện thiết bị laser phổ biến bao gồm: trình điều khiển, giá treo, kính bảo hộ và các thiết bị bảo vệ khác, máy dò vỏ, máy chiếu laser, bộ cách ly quang, phần mềm thiết kế hệ thống quang học, tinh thể, dao cắt, mức laser quay và cửa chớp.
Chăm sóc và sử dụng đúng cách
Khi bạn mua một tia laser, bạn cần nhận thức được sự nguy hiểm của nó và các biện pháp phòng ngừa an toàn bạn cần thực hiện. Đó là bởi vì tiếp xúc với tia laser có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho người và tài sản. Để giúp hướng dẫn bạn, tất cả các nhà cung cấp chia laser của họ thành 5 lớp, theo mức độ nguy hiểm của năng lượng và tia laser: Class I, Class II, Class IIIa, Class IIIb và Class IV. Các nhà sản xuất laser được yêu cầu xây dựng các điều khiển kỹ thuật trong các hệ thống laser để cung cấp các biện pháp an toàn bổ sung.
Laser loại I là loại yếu nhất và không gây nguy hiểm sinh học. Sức mạnh của chúng là ít hơn 1 mw, và chúng chủ yếu được sử dụng như con trỏ.
Laser loại II cũng an toàn khi sử dụng, mặc dù chúng có thể làm hỏng mô mắt nếu tập trung ở đó. Chúng có công suất lên tới 1 mw.
Laser loại IIIa nguy hiểm hơn một chút. Ở mức 1 đến 5 mw, có thể bị thương ở mắt, nhưng những sản phẩm này sẽ không đốt cháy bất kỳ vật liệu nào.
Laser loại IIIb, công suất lên tới từ 5 đến 500 mw, sẽ gây tổn thương cho mắt và có thể làm cháy vật liệu.
Laser loại IV là nguy hiểm nhất ở 500 mw trở lên. Họ đốt bất kỳ vật liệu nào khi tiếp xúc, bao gồm cả da người và kim loại cứng.
Tất cả các tia laser, bất kể sức mạnh của chúng là gì, đều phải có vỏ bọc xung quanh làm hạn chế khả năng tiếp cận với chùm sáng. Hệ thống Class IV chứa đèn laser nguy hiểm nhất và yêu cầu một công tắc chính, khi bị vô hiệu hóa, cấm tất cả các nhân viên có thẩm quyền vận hành laser. Tất cả các laser loại IV phải có điểm dừng hoặc bộ suy giảm chùm sáng, giúp giảm đáng kể sự phát xạ chùm ánh sáng khi laser ở chế độ chờ, được gắn vĩnh viễn vào chúng. Chúng tôi cũng đề nghị điều này cho Lớp IIIa và IIIb.
Các biện pháp phòng ngừa an toàn khác mà bạn có thể muốn đưa ra bao gồm: hạn chế truy cập vào khu vực phát quang, bảo vệ mắt, kiểm soát khu vực, rào chắn, liệm, giáo dục và đào tạo.
Tiêu chuẩn
Ngoài các lớp phù hợp, bạn nên đảm bảo rằng bất kỳ sản phẩm laser nào bạn mua đã nhận được chứng nhận từ các tổ chức phù hợp cho ứng dụng, ngành và địa điểm của bạn. Ví dụ, ANSI đưa ra các hướng dẫn an toàn bằng laser cho các ngành công nghiệp bao gồm: quân sự, lĩnh vực y tế, lĩnh vực giáo dục và lĩnh vực công nghiệp. Ngoài ra, OSHA đưa ra các yêu cầu tiêu chuẩn để làm việc với laser. Điều quan trọng luôn là đảm bảo cả laser và môi trường làm việc của bạn đều đáp ứng các yêu cầu của OSHA. FDA cũng có tiêu chuẩn laser riêng của họ. Để tìm hiểu thêm về những tiêu chuẩn mà laser của bạn nên đáp ứng, hãy nói chuyện với các nhà lãnh đạo ngành và văn phòng chính phủ hiện hành.
Chọn đúng nhà sản xuất
Laser là thiết bị cực kỳ nhạy cảm ngay cả khi chúng được chế tạo đúng và khớp đúng với một ứng dụng. Nếu chúng gặp trục trặc hoặc chúng không phù hợp với ứng dụng của bạn, chúng có thể hết sức nguy hiểm. Đó là lý do tại sao nó quan trọng đến mức bạn đảm bảo làm việc với một nhà sản xuất laser có kinh nghiệm mà bạn tin tưởng. Để giúp bạn tìm ra sản phẩm phù hợp với mình, chúng tôi đã soạn một danh sách một số nhà sản xuất laser tốt nhất trong doanh nghiệp. Bạn sẽ tìm thấy thông tin và hồ sơ của họ bằng cách cuộn lên phía trên cùng của trang này. Hãy dành thời gian để xem qua các sản phẩm và dịch vụ của họ. Chỉ ra những sản phẩm nào xuất hiện để cung cấp các sản phẩm và dịch vụ phù hợp với nhu cầu của bạn nhất. Chọn ra ba hoặc bốn người mà bạn muốn nói dài ra, sau đó tiếp cận. Thảo luận về thông số kỹ thuật của bạn, bao gồm: ngân sách, dòng thời gian, yêu cầu tiêu chuẩn, ưu tiên phân phối và ưu đãi hỗ trợ (hỗ trợ sửa chữa laser, v.v.). Trước khi nói chuyện với họ, bạn có thể muốn viết tất cả thông số kỹ thuật của mình xuống để bạn có thể chuẩn bị cho các cuộc hội thoại. Sau khi nói chuyện với từng người trong số họ, hãy so sánh và đối chiếu câu trả lời của họ. Chọn một trong những phù hợp với bạn, và bắt đầu.
