1、固體激光器
固體激光器 (Solid-state Laser,SSL)是以固體材料作為激光器的增益介質的一類激光器,主要由增益介質、冷卻系統、光學諧振腔和泵浦源四部分組成。自1960年Maiman等人采用紅寶石(Cr:Al2O,波長為 694.3nm)晶體作為激光工作物質制作了世界上第一臺固體激光器以來,固體激光器一直是科學家研究最多的激光器之一。與其他激光器相比,固體激光器具有輸出功率大、輸出波長范圍廣(尤其是結合倍頻技術)、可實現連續或脈沖輸出、使用方便等獨特優點,被廣泛應用于工業、軍事、信息、農業、科學、醫療、商業等各領域。
2、固體激光器工作原理
固體激光器工作原理是四大組成部分的組合運轉,增益介質是固體激光器的核心,由基質和激活粒子兩部分組成,基質決定了增益介質的理化性質,而激活粒子的能級結構和遷躍特性則對激光器的性能與熒光壽命有決定性的影響;冷卻系統是固體激光器的關鍵,通過其來帶走增益介質內部的熱量,以降低增益介質的熱效應;光學諧振腔由全反射鏡和半反射鏡組成,通過光子的正反饋來持續震蕩形成受激發射,同時控制光束的方向與頻率,保證輸出激光的高單色性和高定向性;泵浦源提供特定頻率的光照使增益介質內部的粒子由低能態激發至高能態,實現粒子反轉。
3、固體激光器與光纖激光器的區別
二者區別主要體現在激光加工應用領域的應用差異:
(1)激光打標
固體激光器:金屬/非金屬材料打標,其中非金屬材料包括包裝物、玻璃、陶瓷、塑料、聚合物等,尤其是精細及高單價材料打標使用。
光纖激光器:主要為金屬材料打標。
(2)激光切割
固體激光器:金屬/非金屬材料切割,尤其是薄材料的高精度切割。
光纖激光器:主要為金屬材料切割,以厚材料切割為主。
(3)激光鉆孔
固體激光器:金屬/非金屬精密鉆孔。
光纖激光器:主要為金屬、陶瓷等鉆孔。
(4)激光焊接
固體激光器:主要為非金屬材料焊接,尤其是薄材料的高精度焊接。
光纖激光器:主要為金屬材料焊接,以厚材料焊接為主。
主要區別:
固體激光器峰值功率高、脈沖能量大,并能夠通過非線性晶體將紅外光轉換為綠光、紫外光及深紫外光等多種短波長激光輸出。短波長激光熱效應小,可達到更高加工精度,從而實現超精超微加工。此外,大部分材料尤其是非金屬材料對短波長的吸收與利用效率明顯優于紅外波長,因此固體激光器適用的材料種類可以突破金屬材料的限制并延伸至非金屬材料范圍,在薄性、脆性材料加工方面具有優勢,用于微加工領域。
光纖激光器輸出的為紅外光,主要應用于具有一定厚度的金屬材料的宏觀加工領域。
(5)增材制造(3D打印)
固體激光器:光固化和高熔點高反材料的3D打印。
光纖激光器:金屬燒結
主要區別:光固化作用于光敏樹脂,樹脂材料不吸收紅外光,高反材料反射紅外光等長波長光束,因此該類應用主要使用固體激光器;金屬燒結主要作用于金屬材料,高功率連續輸出的光纖激光具有優勢。
(6)激光熔覆
主要以光纖激光器為主,激光熔覆類似于金屬燒結,主要使用光纖激光器。
(7)前沿科學研究
主要以固體激光器為主,包括環境分析、基因分析、核聚變等領域。
該類應用場景的精度要求均已達到亞微米甚至納米級別,固體紫外激光器因其短波長、高峰值功率、大脈沖能量的優勢成為該類應用場景中核心加工裝備光源的優先選擇。