眾所周知,每件產(chǎn)品在投放市場(chǎng)后固定在產(chǎn)品上用來(lái)向用戶展示廠家標(biāo)識(shí)、品牌區(qū)分、產(chǎn)品參數(shù)等信息的提示牌。其又稱為標(biāo)牌,主要用來(lái)標(biāo)識(shí)生產(chǎn)廠家信息及產(chǎn)品額定工作情況下的一些基本技術(shù)數(shù)據(jù),以供用戶正確使用而不致?lián)p壞激光設(shè)備。銘牌的制作材料有金屬類和非金屬類,金屬類有鋅合金、銅、鐵、鋁、不銹鋼等,其中以鋁制材料在實(shí)際應(yīng)用中較多,這是因?yàn)殇X制材料加工出來(lái)的標(biāo)牌效果相對(duì)要美觀,而且材料耐磨損,不易生銹。
作為產(chǎn)品唯一有效的“身份編碼”其重要性不言而喻,例如產(chǎn)品型號(hào)、規(guī)格、生產(chǎn)批次、生產(chǎn)日期等信息的標(biāo)記,尤其在大規(guī)模生產(chǎn)中也需要對(duì)成千上萬(wàn)的不同金屬銘牌進(jìn)行編號(hào)區(qū)分。如何能夠高效的完成這一切?不得不說(shuō)對(duì)于激光打標(biāo)機(jī)而言這一切都將不再是難題。傳統(tǒng)標(biāo)記方式打出的標(biāo)識(shí)表面較粗糙不美觀,且耗時(shí)長(zhǎng),而采用激光打標(biāo)機(jī)就可以避免這類弊端,激光標(biāo)識(shí)對(duì)比度好、表面光滑、精度高,速度快,使產(chǎn)品看上去更有檔次。
如今,上海激光打標(biāo)機(jī)現(xiàn)已成為產(chǎn)品標(biāo)識(shí)的一種常用技術(shù),應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。那么打標(biāo)速度快、效果精細(xì)、適應(yīng)性強(qiáng)以及免維護(hù)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使激光打標(biāo)機(jī)迅速成為標(biāo)記賦碼的不二選擇 激光器——能發(fā)射激光的裝置。1954年制成了第一臺(tái)微波量子放大器,獲得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.湯斯把微波量子放大器原理推廣應(yīng)用到光頻范圍,1960年T.H.梅曼等人制成了第一臺(tái)紅寶石激光器。1961年A.賈文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人創(chuàng)制了砷化鎵半導(dǎo)體激光器。以后,激光器的種類就越來(lái)越多。按工作介質(zhì)分,激光器可分為氣體激光器、固體激光器、半導(dǎo)體激光器和染料激光器4大類。近來(lái)還發(fā)展了自由電子激光器,大功率激光器通常都是脈沖式輸出。
一、原理:
除自由電子激光器外,各種激光器的基本工作原理均相同,產(chǎn)生激光的必不可少的條件是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和增益大過(guò)損耗,所以裝置中必不可少的組成部分有激勵(lì)(或抽運(yùn))源、具有亞穩(wěn)態(tài)能級(jí)的工作介質(zhì)兩個(gè)部分。激勵(lì)是工作介質(zhì)吸收外來(lái)能量后激發(fā)到激發(fā)態(tài),為實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)創(chuàng)造條件。激勵(lì)方式有光學(xué)激勵(lì)、電激勵(lì)、化學(xué)激勵(lì)和核能激勵(lì)等。工作介質(zhì)具有亞穩(wěn)能級(jí)是使受激輻射占主導(dǎo)地位,從而實(shí)現(xiàn)光放大。激光器中常見(jiàn)的組成部分還有諧振腔,但諧振腔( 見(jiàn)光學(xué)諧振腔)并非必不可少的組成部分,諧振腔可使腔內(nèi)的光子有一致的頻率、相位和運(yùn)行方向,從而使激光具有良好的方向性和相干性。而且,它可以很好地縮短工作物質(zhì)的長(zhǎng)度,還能通過(guò)改變諧振腔長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)所產(chǎn)生激光的模式(即選模),所以一般激光器都具有諧振腔。
二、激光工作物質(zhì)
是指用來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并產(chǎn)生光的受激輻射放大作用的物質(zhì)體系,有時(shí)也稱為激光增益媒質(zhì),它們可以是固體(晶體、玻璃)、氣體(原子氣體、離子氣體、分子氣體)、半導(dǎo)體和液體等媒質(zhì)。對(duì)激光工作物質(zhì)的主要要求,是盡可能在其工作粒子的特定能級(jí)間實(shí)現(xiàn)較大程度的粒子數(shù)反轉(zhuǎn),并使這種反轉(zhuǎn)在整個(gè)激光發(fā)射作用過(guò)程中盡可能有效地保持下去;為此,要求工作物質(zhì)具有合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)和躍遷特性。
三、激勵(lì)抽運(yùn)系統(tǒng)
是指為使激光工作物質(zhì)實(shí)現(xiàn)并維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn)而提供能量來(lái)源的機(jī)構(gòu)或裝置。根據(jù)工作物質(zhì)和激光器運(yùn)轉(zhuǎn)條件的不同,可以采取不同的激勵(lì)方式和激勵(lì)裝置,常見(jiàn)的有以下四種。①光學(xué)激勵(lì)(光泵)。是利用外界光源發(fā)出的光來(lái)輻照工作物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的,整個(gè)激勵(lì)裝置,通常是由氣體放電光源(如氙燈、氪燈)和聚光器組成,這種激勵(lì)方式也稱作燈泵浦。②氣體放電激勵(lì)。是利用在氣體工作物質(zhì)內(nèi)發(fā)生的氣體放電過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的,整個(gè)激勵(lì)裝置通常由放電電極和放電電源組成。③化學(xué)激勵(lì)。是利用在工作物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的,通常要求有適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)反應(yīng)物和相應(yīng)的引發(fā)措施。④核能激勵(lì)。是利用小型核裂變反應(yīng)所產(chǎn)生的裂變碎片、高能粒子或放射線來(lái)激勵(lì)工作物質(zhì)并實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的。
四、光學(xué)共振腔
通常是由具有一定幾何形狀和光學(xué)反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合而成。作用為:①提供光學(xué)反饋能力,使受激輻射光子在腔內(nèi)多次往返以形成相干的持續(xù)振蕩。②對(duì)腔內(nèi)往返振蕩光束的方向和頻率進(jìn)行限制,以保證輸出激光具有一定的定向性和單色性。共振腔作用①,是由通常組成腔的兩個(gè)反射鏡的幾何形狀(反射面曲率半徑)和相對(duì)組合方式所決定;而作用②,則是由給定共振腔型對(duì)腔內(nèi)不同行進(jìn)方向和不同頻率的光,具有不同的選擇性損耗特性所決定的。
激光器的種類是很多的。下面,將分別從激光工作物質(zhì)、激勵(lì)方式、運(yùn)轉(zhuǎn)方式、輸出波長(zhǎng)范圍等幾個(gè)方面進(jìn)行分類介紹。
五、工作物質(zhì)
根據(jù)工作物質(zhì)物態(tài)的不同可把所有的激光器分為以下幾大類:①固體激光器(晶體和玻璃),這類激光器所采用的工作物質(zhì),是通過(guò)把能夠產(chǎn)生受激輻射作用的金屬離子摻入晶體或玻璃基質(zhì)中構(gòu)成發(fā)光中心而制成的;②氣體激光器,它們所采用的工作物質(zhì)是氣體,并且根據(jù)氣體中真正產(chǎn)生受激發(fā)射作用之工作粒子性質(zhì)的不同,而進(jìn)一步區(qū)分為原子氣體激光器、離子氣體激光器、分子氣體激光器、準(zhǔn)分子氣體激光器等;③液體激光器,這類激光器所采用的工作物質(zhì)主要包括兩類,一類是有機(jī)熒光染料溶液,另一類是含有稀土金屬離子的無(wú)機(jī)化合物溶液,其中金屬離子(如Nd)起工作粒子作用,而無(wú)機(jī)化合物液體(如SeOCl2)則起基質(zhì)的作用;④半導(dǎo)體激光器,這類激光器是以一定的半導(dǎo)體材料作工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用,其原理是通過(guò)一定的激勵(lì)方式(電注入、光泵或高能電子束注入),在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶之間或能帶與雜質(zhì)能級(jí)之間,通過(guò)激發(fā)非平衡載流子而實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn),從而產(chǎn)生光的受激發(fā)射作用;⑤自由電子激光器,這是一種特殊類型的新型激光器,工作物質(zhì)為在空間周期變化磁場(chǎng)中高速運(yùn)動(dòng)的定向自由電子束,只要改變自由電子束的速度就可產(chǎn)生可調(diào)諧的相干電磁輻射,原則上其相干輻射譜可從X射線波段過(guò)渡到微波區(qū)域,因此具有很誘人的前景。
六、激勵(lì)方式
①光泵式激光器。指以光泵方式激勵(lì)的激光器,包括幾乎是全部的固體激光器和液體激光器,以及少數(shù)氣體激光器和半導(dǎo)體激光器。②電激勵(lì)式激光器。大部分氣體激光器均是采用氣體放電(直流放電、交流放電、脈沖放電、電子束注入)方式進(jìn)行激勵(lì),而一般常見(jiàn)的半導(dǎo)體激光器多是采用結(jié)電流注入方式進(jìn)行激勵(lì),某些半導(dǎo)體激光器亦可采用高能電子束注入方式激勵(lì)。③化學(xué)激光器。這是專門指利用化學(xué)反應(yīng)釋放的能量對(duì)工作物質(zhì)進(jìn)行激勵(lì)的激光器,反希望產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)可分別采用光照引發(fā)、放電引發(fā)、化學(xué)引發(fā)。④核泵浦激光器。指專門利用小型核裂變反應(yīng)所釋放出的能量來(lái)激勵(lì)工作物質(zhì)的一類特種激光器,如核泵浦氦氬激光器等。
七、運(yùn)轉(zhuǎn)方式
由于激光器所采用的工作物質(zhì)、激勵(lì)方式以及應(yīng)用目的的不同,其運(yùn)轉(zhuǎn)方式和工作狀態(tài)亦相應(yīng)有所不同,從而可區(qū)分為以下幾種主要的類型。
①連續(xù)激光器,其工作特點(diǎn)是工作物質(zhì)的激勵(lì)和相應(yīng)的激光輸出,可以在一段較長(zhǎng)的時(shí)間范圍內(nèi)以連續(xù)方式持續(xù)進(jìn)行,以連續(xù)光源激勵(lì)的固體激光器和以連續(xù)電激勵(lì)方式工作的氣體激光器及半導(dǎo)體激光器,均屬此類。由于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中往往不可避免地產(chǎn)生器件的過(guò)熱效應(yīng),因此多數(shù)需采取適當(dāng)?shù)睦鋮s措施。
②單次脈沖激光器,對(duì)這類激光器而言,工作物質(zhì)的激勵(lì)和相應(yīng)的激光發(fā)射,從時(shí)間上來(lái)說(shuō)均是一個(gè)單次脈沖過(guò)程,一般的固體激光器、液體激光器以及某些特殊的氣體激光器,均采用此方式運(yùn)轉(zhuǎn),此時(shí)器件的熱效應(yīng)可以忽略,故可以不采取特殊的冷卻措施。
③重復(fù)脈沖激光器,這類器件的特點(diǎn)是其輸出為一系列的重復(fù)激光脈沖,為此,器件可相應(yīng)以重復(fù)脈沖的方式激勵(lì),或以連續(xù)方式進(jìn)行激勵(lì)但以一定方式調(diào)制激光振蕩過(guò)程,以獲得重復(fù)脈沖激光輸出,通常亦要求對(duì)器件采取有效的冷卻措施。
④調(diào)激光器,這是專門指采用一定的開(kāi)關(guān)技術(shù)以獲得較高輸出功率的脈沖激光器,其工作原理是在工作物質(zhì)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)形成后并不使其產(chǎn)生激光振蕩 (開(kāi)關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)),待粒子數(shù)積累到足夠高的程度后,突然瞬時(shí)打開(kāi) 開(kāi)關(guān),從而可在較短的時(shí)間內(nèi)(例如10~10秒)形成十分強(qiáng)的激光振蕩和高功率脈沖激光輸出(見(jiàn)技術(shù)'" class=link>激光調(diào) 技術(shù))。
⑤鎖模激光器,這是一類采用鎖模技術(shù)的特殊類型激光器,其工作特點(diǎn)是由共振腔內(nèi)不同縱向模式之間有確定的相位關(guān)系,因此可獲得一系列在時(shí)間上來(lái)看是等間隔的激光超短脈沖(脈寬10~10秒)序列,若進(jìn)一步采用特殊的快速光開(kāi)關(guān)技術(shù),還可以從上述脈沖序列中選擇出單一的超短激光脈沖(見(jiàn)激光鎖模技術(shù))。
⑥單模和穩(wěn)頻激光器,單模激光器是指在采用一定的限模技術(shù)后處于單橫模或單縱模狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的激光器,穩(wěn)頻激光器是指采用一定的自動(dòng)控制措施使激光器輸出波長(zhǎng)或頻率穩(wěn)定在一定精度范圍內(nèi)的特殊激光器件,在某些情況下,還可以制成既是單模運(yùn)轉(zhuǎn)又具有頻率自動(dòng)穩(wěn)定控制能力的特種激光器件(見(jiàn)激光穩(wěn)頻技術(shù))。
⑦可調(diào)諧激光器,在一般情況下,激光器的輸出波長(zhǎng)是固定不變的,但采用特殊的調(diào)諧技術(shù)后,使得某些激光器的輸出激光波長(zhǎng),可在一定的范圍內(nèi)連續(xù)可控地發(fā)生變化,這一類激光器稱為可調(diào)諧激光器(見(jiàn)激光調(diào)諧技術(shù))。
八、波段范圍
根據(jù)輸出激光波長(zhǎng)范圍之不同,可將各類激光器區(qū)分為以下幾種。
①遠(yuǎn)紅外激光器,輸出波長(zhǎng)范圍處于25~1000微米之間, 某些分子氣體激光器以及自由電子激光器的激光輸出即落入這一區(qū)域。
②中紅外激光器,指輸出激光波長(zhǎng)處于中紅外區(qū)(2.5~25微米)的激光器件,代表者為CO分子氣體激光器(10.6微米)、 CO分子氣體激光器(5~6微米)。
③近紅外激光器,指輸出激光波長(zhǎng)處于近紅外區(qū)(0.75~2.5微米)的激光器件,代表者為摻釹固體激光器(1.06微米)、CaAs半導(dǎo)體二極管激光器(約0.8微米)和某些氣體激光器等。
④可見(jiàn)激光器,指輸出激光波長(zhǎng)處于可見(jiàn)光譜區(qū)(4000~7000;0.4~0.7微米)的一類激光器件,代表者為紅寶石激光器 (6943埃)、 氦氖激光器(6328埃)、氬離子激光器(4880埃、5145埃)、氪離子激光器(4762埃、5208埃、5682埃、6471埃)以及一些可調(diào)諧染料激光器等。
⑤近紫外激光器,其輸出激光波長(zhǎng)范圍處于近紫外光譜區(qū)(2000~4000埃),代表者為氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)準(zhǔn)分子激光器(3511埃、3531埃)、 氟化氪(KrF)準(zhǔn)分子激光器(2490埃)以及某些可調(diào)諧染料激光器等。
⑥真空紫外激光器,其輸出激光波長(zhǎng)范圍處于真空紫外光譜區(qū)(50~2000埃)代表者為(H)分子激光器 (1644~1098埃)、氙(Xe)準(zhǔn)分子激光器(1730埃)等。
⑦X射線激光器, 指輸出波長(zhǎng)處于X射線譜區(qū)(0.01~50埃)的激光器系統(tǒng),軟X 射線已研制成功,但仍處于探索階段。
九、主要用途
激光器是現(xiàn)代激光加工系統(tǒng)中必不可少的核心組件之一。隨著激光加工技術(shù)的發(fā)展,激光器也在不斷向前發(fā)展,出現(xiàn)了許多新型激光器。早期激光加工用激光器主要是大功率CO2氣體激光器和燈泵浦固體YAG激光器。從激光加工技術(shù)的發(fā)展歷史來(lái)看,首先出現(xiàn)的激光器是在20世紀(jì)70年代中期的封離式CO2激光管,發(fā)展至今,已經(jīng)出現(xiàn)了第五代CO2激光器——擴(kuò)散冷卻型CO2激光器。從發(fā)展上可以看出,早期的CO2激光器趨向激光功率提高的發(fā)展方向,但當(dāng)激光功率達(dá)到一定要求后,激光器的光束質(zhì)量受到重視,激光器的發(fā)展隨之轉(zhuǎn)移到調(diào)高光束質(zhì)量上。出現(xiàn)的接近衍射極限的擴(kuò)散冷卻板條式CO2激光器有較好的光束質(zhì)量,已經(jīng)推出就得到了廣泛的應(yīng)用,尤其是在激光切割領(lǐng)域,受到眾多企業(yè)的青睞。
21世紀(jì)初,出現(xiàn)了另外一種新型激光器——半導(dǎo)體激光器。與傳統(tǒng)的大功率CO2、YAG固體激光器相比,半導(dǎo)體激光器具有很明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì),如提及小,重量輕、效率高、能耗小、壽命長(zhǎng)以及金屬對(duì)半導(dǎo)體激光吸收高等優(yōu)點(diǎn),隨著半導(dǎo)體激光技術(shù)的不斷發(fā)展,以半導(dǎo)體激光器為基礎(chǔ)的其他固體激光器,如光纖激光器、半導(dǎo)體泵浦固體激光器、片狀激光器等的發(fā)展也十分迅速。其中,光纖激光器發(fā)展較快,尤其是稀土摻雜的光纖激光器,應(yīng)在光纖通信、光纖傳感、激光材料處理等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
由于激光器具備的種種突出特點(diǎn),因而被很快運(yùn)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、精密測(cè)量和探測(cè)、通訊與信息處理、醫(yī)療、軍事等各方面,并在許多領(lǐng)域引起了革命性的突破。激光在軍事上除用于通信、夜視、預(yù)警、測(cè)距等方面外,多種激光武器和激光制導(dǎo)武器也已經(jīng)投入實(shí)用。
1、激光用作熱源。激光光束細(xì)小 ,且?guī)е薮蟮墓β,如用透鏡聚焦,可將能量集中到微小的面積上,產(chǎn)生巨大的熱量。比如,人們利用激光集中而極高的能量,可以對(duì)各種材料進(jìn)行加工,能夠做到在一個(gè)針頭上鉆200個(gè)孔;激光作為一種在生物機(jī)體上引起刺激、變異、燒灼、汽化等效應(yīng)的手段,已在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)的實(shí)際應(yīng)用上取得了良好效果。
2、激光測(cè)距。激光作為測(cè)距光源,由于方向性好、功率大,可測(cè)很遠(yuǎn)的距離,且精度很高。
3、激光通信。在通信領(lǐng)域,一條用激光柱傳送信號(hào)的光導(dǎo)電纜,可以攜帶相當(dāng)于2萬(wàn)根電話銅線所攜帶的信息量。
4、受控核聚空中的應(yīng)用。將激光射到氘與氚混合體中,激光所帶給它們巨大能量,產(chǎn)生高壓與高溫,促使兩種原子核聚合為氦和中子,并同時(shí)放出巨大輻射能量。由于激光能量可控制,所以該過(guò)程稱為受控核聚變。
今后,隨著人類對(duì)激光技術(shù)的進(jìn)一步研究和發(fā)展,激光器的性能將進(jìn)一步提升,成本將進(jìn)一步降低,但是它的應(yīng)用范圍卻還將繼續(xù)擴(kuò)大,并將發(fā)揮出越來(lái)越巨大的作用。