Main Types of Lasers How are Lasers Classified?

特定のタスクにレーザーを選択する場合は、主なタイプのレーザーを理解することが重要です。 各レーザータイプは、特定の構造、波長、出力モード、および動作原理で設計されています。 これらの違いにより、各レーザーは特定のアプリケーションに適していますが、他のアプリケーションには適していません。

このガイドでは、出力電力、出力モード、波長、利得媒体、ポンピング方法、パルス生成技術などの主要なレーザー分類について説明します。 これらのカテゴリを理解することで、どのレーザー光源が材料、アプリケーション、および加工目標に適しているかをよりよく評価できます。

1をクリックします。出力电力で分类されるレーザー

レーザーを分類する最も簡単な方法の1つは、出力パワーによるものです。 出力電力は、単純な位置合わせとスキャンから、彫刻、切断、溶接、大規模な工業生産まで、レーザーができることに直接影響します。

これはアプリケーションのニーズと密接に関連しています。 一部のレーザーは、消費者または測定用に設計されていますが、他のレーザーは、プロのワークショップまたは工業規模の製造用に構築されています。 電力が材料処理にどのように影響するかを理解したい場合は、このガイドを読むこともできます レーザー力をセットする方法をクリックします。

一般に、レーザーは3つの主な電力カテゴリに分類されます。

1をクリックします。1低出力レーザー

低出力レーザーはミリワットの範囲で動作します。 これらは通常、レーザーポインター、バーコードスキャナー、アライメントツール、測定システム、光データ伝送などの非産業用途で使用されます。

これらのレーザーは、材料の除去、切断、または彫刻用に設計されていません。 それらの主な価値は、可視性、位置合わせ、通信、およびセンシングにあります。

1をクリックします。2中出力レーザー

中出力レーザーは一般に数十から数百ワットの範囲です。 それらは、商業および軽工業環境で一般的であり、レーザー彫刻、プラスチックマーキング、薄板切断、化粧品の手順、および同様の用途に適しています。

多くのデスクトップおよびワークショップレーザーマシン、特に木材、アクリル、皮革、紙、ゴム、およびその他の非金属材料に使用されるCO2レーザーカッターおよび彫刻機がこのカテゴリに分類されます。

1をクリックします。3高出力レーザー

高出力レーザーは通常、1キロワット以上で始まります。 これらのシステムは、厚い金属切断、高速溶接、表面硬化、レーザークラッディングなどの工業プロセス用に設計されています。

彼らの高エネルギー出力のために、彼らはしばしば高度な冷却、エンクロージャーの設計を必要とし、 レーザー安全システムをクリックします。 それらは主に大規模な製造および製造ラインで使用されます。

表1: 出力パワーによるレーザータイプの比较。

2をクリックします。出力モードで分類されるレーザー

レーザーは、時間の経過とともにエネルギーを供給する方法によって分類することもできます。 一部のレーザーは安定したビームを放出しますが、他のレーザーはパルスでエネルギーを放出します。 出力モードは、熱伝達、プロセス品質、精度、および熱衝撃に強く影響します。

最も一般的な出力モードは、連続波、準連続波、およびパルス動作です。 より深い説明については、このガイドを参照してください CW、パルス、およびQCWレーザーをクリックします。

2をクリックします。1連続波レーザー

しばしばCWレーザーと呼ばれる連続波レーザーは、安定したパワーレベルで一定の中断のない光ビームを放出します。 連続切断、溶接、光通信など、時間の経過とともに均一なエネルギー供給を必要とするアプリケーションに最適です。

ビームは連続的であるため、安定した熱入力が必要な場合にCWレーザーが特に役立ちます。 ただし、適切に制御されないと、短パルスレーザーよりも熱の影響を受けるゾーンが大きくなる可能性があります。

2をクリックします。2準連続波レーザー

準連続波レーザー (QCWレーザー) はパルス状に動作しますが、熱負荷を減らしながらレーザーが光学的定常状態に近づくのに十分な長さのパルス持続時間があります。

このモードは、特定のダイオード励起およびソリッドステートレーザーシステムで使用されます。 ピーク電力と熱管理の実用的なバランスを提供し、選択された溶接、穴あけ、および精密加工アプリケーションに役立ちます。

2をクリックします。3パルスレーザー

パルスレーザーは、連続ストリームの代わりにバースト光を放出します。 これらのパルスは非常に高いピークパワーに達する可能性があり、正確なアブレーション、マイクロドリル、および熱の影響を受けないゾーンでのマーキングを可能にします。

パルスレーザーは、パルス持続時間によってさらに分割できます。

• ナノ秒レーザー: Qスイッチングによって生成されることが多く、マーキング、アブレーション、およびマイクロマシニングで広く使用されています。
• マイクロ秒からミリ秒のパルスレーザー: より高いパルスエネルギーまたは異なる熱相互作用が必要な場合に使用されます。
• 超高速レーザー: ピコ秒およびフェムト秒レーザー。通常はモードロックによって生成され、熱の影響を最小限に抑えたゾーンでの高精度処理に使用されます。

続きを読む: Siウェーハのレーザーアブレーションとダイシングのレビュー-ScienceDirectをクリックします。

3をクリックします。作动波长によって分类されるレーザー

レーザーは、通常ナノメートルまたはマイクロメートルで測定される特定の波長で光を放出します。 さまざまな材料がさまざまな効率でさまざまな波長を吸収するため、波長はレーザーが材料と相互作用する方法に影響します。

波長が可視スペクトル内にある場合、波長はビームの可視色も決定します。 詳細な概要については、このガイドを参照してください。 レーザーの波长は何ですかをクリックします。

3をクリックします。1紫外レーザー

多くの場合約355 nmの紫外線レーザーは、人間の目には見えず、低熱衝撃処理に非常に短い波長を提供します。 それらは、熱の影響を受けるゾーンを減らし、ガラス、半導体、プラスチック、電子部品などの繊細な材料の高精度を備えた冷間加工アプリケーションに最適です。

一般的な用途には、電子機器のマーキング、医療機器のマーキング、マイクロマシニング、および細かいプラスチックのマーキングが含まれます。 マーキングオプションを比較する場合、このガイドは ファイバーレーザー対UVレーザー 違いを説明するのに役立ちます。

3をクリックします。2可視レーザー

目に見えるレーザーは、およそ400〜700 nmの範囲内で動作し、青、緑、赤のレーザーが含まれます。 肉眼で見ることができるため、特に赤外線の反射は不十分であるが可視光をより効果的に吸収する材料で、アライメント、ポインターシステム、および特殊な彫刻作業に役立ちます。

• 青色レーザー、約450 nm: 細かい彫刻と選択された反射金属加工に適しています。
• 約532 nmのグリーンレーザー: 赤外線の反射が不十分な特定のプラスチックまたは金属のマーキングに使用されます。
• 赤色レーザー、約632をクリックします。8 nm: レーザーポインター、測定ツール、およびアライメントシステムで一般的です。

3をクリックします。3近赤外线および赤外线レーザー

近赤外線および赤外線レーザーは、通常、約808 nmから10をクリックします。6 µ mの範囲であり、ほとんどの産業用レーザーシステムを占めています。 これらの波長は通常、人間の目には見えませんが、さまざまな金属や非金属材料の切断、マーキング、溶接、彫刻に非常に効果的です。

ファイバーレーザーとNd:YAGなどのソリッドステートレーザーは通常、1064 nm前後の近赤外線範囲で動作し、多くの金属がエネルギーを効率的に吸収します。 これにより、金属の切断、マーキング、および溶接に適しています。

対照的に、CO2レーザーは赤外線範囲で10をクリックします。6 µ mで動作し、木材、アクリル、布地、紙、革、ゴム、ガラスなどの有機および非金属材料に強く吸収されます。 このため、非金属の切断や彫刻に広く使用されています。

クイック比较: ファイバーレーザーとCO2レーザー

ファイバーレーザーは通常、約1064 nmで動作するため、金属の切断、マーキング、および溶接に非常に効果的です。 高効率、低メンテナンス、優れたビーム品質を提供するため、現代の金属加工業界で広く使用されています。

CO2レーザーは10をクリックします。6 µ mで動作し、一般的に木材、アクリル、皮革、布地、紙、ガラスなどの非金属材料に適しています。 それらは、看板、包装、工芸品、および非金属加工で有機材料を彫刻および切断するための人気のある選択肢であり続けています。

3をクリックします。4 Tableレーザー

調整可能なレーザーは、連続または離散スペクトル範囲にわたって出力波長を調整できるため、科学および研究アプリケーションで特に役立ちます。 これらのシステムでは、単一の波長に限定する代わりに、ユーザーはさまざまな材料や測定のニーズに最適な波長を選択できます。

表2: 動作波長によるレーザータイプの比較。

4をクリックします。利得媒体によって分类されるレーザー

レーザーを分類する最も基本的な方法の1つは、利得媒体によるものである。 利得媒体は、誘導放出を通して光を増幅する役割を担う材料である。 これは主に、レーザーの波長、出力能力、効率、およびアプリケーションの適合性を決定します。

より広い紹介が必要な場合は、これも読むことができます レーザーソースの概要をクリックします。

4をクリックします。1ガスレーザー

ガスレーザーは、CO2、He-Ne、およびN2などのガスを利得媒体として使用する。 それらは通常、安定したビーム品質を提供し、低〜中程度の電力レベルで可視または赤外線範囲で動作できます。

一般的なアプリケーションには、CO2レーザーによる非金属切断と彫刻、およびHe-Neレーザーによるアライメント、計測、および研究が含まれます。

4をクリックします。2ソリッドステートレーザー

ソリッドステートレーザーは、Nd:YAGまたはルビーなどのドープされた結晶またはガラスを使用します。 それらは、高出力、良好な効率、および強力なビーム品質で知られており、マーキング、溶接、医療処置、および美容処置に適しています。

4をクリックします。3ファイバーレーザー

ファイバーレーザーは、イッテルビウム、エルビウム、ツリウムをドープしたファイバーなどの希土類をドープした光ファイバーを使用します。 それらはコンパクトで効率的であり、優れたビーム品質で知られているため、金属の切断、マーキング、溶接、および電気通信に非常に効果的です。

金属マーキングに焦点を当てたユーザーのために、このガイド 最高の繊维レーザー机械 また役に立つかもしれません。

4をクリックします。4ダイオードレーザー

ダイオードレーザーは、GaAsやGaNなどの半導体材料を使用します。 それらはコンパクトで非常に効率的であり、電子的に調整および変調できるため、レーザープリンター、バーコードスキャナー、およびファイバー通信システムで広く使用されています。

メーカーや彫刻のアプリケーションでは、ダイオードレーザーはしばしばCO2レーザーと比較されます。 このガイドで詳細を学ぶことができます CO2レーザー対ダイオードレーザーをクリックします。

4をクリックします。5染料レーザー

染料レーザーは、ゲイン媒体として液体有機染料を使用します。 それらの主な利点は、狭い線幅と組み合わされた広い波長調整性であり、科学研究、分光法、および蛍光アプリケーションで価値があります。

表3: 利得媒体がレーザーをどのように分類するか。

各タイプの利得媒体は、独自の光学特性および操作上の利点をもたらす。 レーザーシステムの背後にあるコア材料を理解することは、その理想的なユースケースを決定するのに役立ちます。

詳細: アクティブレーザー媒体-Wikipediaをクリックします。

5をクリックします。ポンプ方式で分類されるレーザー

レーザー光を生成するには、まずゲイン媒体をより高いエネルギー状態に励起または励起する必要があります。 レーザーポンピング機構として知られる励起方法は、レーザーのタイプおよびその意図される用途に応じて変化する。

5をクリックします。1電気ポンプ

電気ポンピングでは、電気エネルギーを使用して、利得媒体内の原子または分子を励起します。

• CO2やHe-Neなどのガスレーザーは、無線周波数、DC放電、またはアーク放電によって励起できます。
• 半導体レーザーは、PN接合を横切る直流注入によって励起されます。

5をクリックします。2光学ポンプ

光ポンピングは、外部光源、通常はフラッシュランプまたは他のレーザーを使用して、利得媒体を励起します。

• ルビーレーザーやNd:YAGレーザーなどの初期の固体レーザーは、一般的にフラッシュランプポンプでした。
• 一部の調整可能な色素レーザーも光学的に励起されます。

5をクリックします。3ダイオードポンプ

ダイオード励起レーザーでは、レーザーダイオードは、Nd:YAGやイッテルビウムドープファイバーなどの別の利得媒体のポンプ源として機能します。 この方法は、フラッシュランプポンピングと比較して、効率、コンパクトさ、および熱管理を改善します。

5をクリックします。4化学ポンプ

化学レーザーでは、発熱化学反応がゲイン媒体を励起するのに必要なエネルギーを提供します。 一例は、COILとしても知られる化学酸素-ヨウ素レーザーである。

5をクリックします。5電子ビームポンプ

特殊なシステムでは、高エネルギー電子ビームを使用して利得媒体を励起します。 このアプローチは、通常、研究に使用されるX線レーザーや自由電子レーザーに見られます。

詳細: レーザーポンピング-Wikipediaをクリックします。

6をクリックします。パルス生成技術によって分類されるレーザー

CWやパルス動作などの基本的な出力モードに加えて、レーザーは、パルスがどのように生成、成形、または制御されるかによって区別することもできます。 これらの手法には、Qスイッチング、MOPAアーキテクチャ、モードロック、および波長チューニングが含まれます。

6をクリックします。1 Qスイッチレーザー

Qスイッチングは、レーザーの光共振器内に可変減衰器を導入することによって実現されます。 これにより、システムはエネルギーを蓄え、非常に短く強いパルスで放出することができます。

Qスイッチレーザーは通常、ピーク出力の高いナノ秒パルスを生成し、金属マーキング、ガラス破壊、およびマイクロドリルで広く使用されています。 それらの主な利点は、材料のアブレーションに適した強力で短いパルスを提供できることです。

6をクリックします。2 MOPAレーザー

MOPAはマスター発振器パワーアンプの略です。 MOPAシステムは、パワーアンプを使用してマスター発振器によって生成されたシードパルスを増幅します。 それらは、調整可能な周波数とともに、通常は数十から数百ナノ秒の調整可能なパルス幅を提供します。

これらのシステムは、高コントラストマーキング、プラスチック彫刻、および薄膜アブレーションに一般的に使用されています。 彼らの主な利点は、パルスの形状と持続時間に対する優れた制御です。

6をクリックします。3モードロックされたレーザー

モードロックレーザーは、キャビティ内の縦モード間の位相関係を固定して、超短パルスを生成します。 それらは通常、ピコ秒からフェムト秒のパルスを生成し、マイクロマシニング、医用画像、および分光法で使用されます。

それらの主な利点は、非常に高精度の超高速パルスの生成です。

6をクリックします。4 Tableパルスシステム

調整可能なシステムは、キャビティの特性を変更して出力波長を変更します。 それらのパルス特性はシステム設計によって異なりますが、分光法、光コヒーレンストモグラフィー、および電気通信で特に役立ちます。

それらの主な強みは、波長スキャンとスペクトルの柔軟性です。

表4: パルス生成技術によるレーザーの分類方法。

7をクリックします。結論

レーザー分類は単一の次元に基づいていません。 これは、物理原理とエンジニアリング設計に根ざしたマルチ基準システムです。 レーザーは、出力電力、出力モード、動作波長、利得媒体、ポンピング方法、およびパルス生成技術によって分類できます。

この多次元構造は、レーザーの動作だけでなく、特定の産業、医療、科学のシナリオに合わせてレーザーがどのように最適化されているかを反映しています。 この意味で、レーザー分類はナビゲーションマップとして機能し、エンジニア、研究者、およびエンドユーザーが目標に最適なレーザー技術を特定するのに役立ちます。

タスクが複雑で学際的であるほど、さまざまなレーザータイプがどのように機能するかを理解することが重要になります。 実用的な材料加工の場合、適切なレーザーの選択は、常に材料の種類、波長、電力、出力モード、アプリケーションの目標、および安全要件を考慮する必要があります。