Лазеры функционируют на основе явления, известного как вынужденное излучение. Их конструкция включает несколько ключевых элементов: активную среду, оптический резонатор и источник энергии. Эти компоненты оказывают значительное влияние на мощность, стабильность, размеры и стоимость лазерного устройства. В качестве активной среды чаще всего используются газоразрядные трубки, кристаллические стержни или диски, которые размещаются в оптическом резонаторе.
Одним из передовых типов лазеров являются волоконные лазеры, которые находят широкое применение в промышленности, медицинской сфере и системах, требующих направленного энергетического воздействия. Оптические волокна, применяемые в этих лазерах, служат для передачи света, при этом свет остается внутри волокна благодаря разности показателей преломления между сердцевиной и оболочкой.
Усиление света в волоконных лазерах осуществляется за счет использования специальных волокон, содержащих активные вещества, такие как иттрий-алюминиевый гранат с примесью иттрия (Yb), эрбия (Er), тулия (Tm) или гольмия (Ho). Эти элементы способствуют генерации мощного и узкого пучка света. Для активации лазера применяются лазерные диоды, обеспечивающие передачу энергии в волокно.
Волоконные лазеры способны работать на различных длинах волн, что обуславливает их универсальность. Например, иттрий-алюминиевый гранат с примесью иттрия излучает свет на длинах волн 1030, 1064 и 1080 нанометров, в то время как эрбий генерирует излучение на длине волны 1550 нанометров. Лазеры, функционирующие на данной длине волны, часто применяются в системах экологического мониторинга благодаря их безопасности для глаз и высокой мощности.
Лазеры на основе тулия излучают свет на длине волны 2 микрометра, что делает их подходящими для использования в системах, требующих направленного энергетического воздействия, а также в промышленных приложениях, где необходима высокая мощность. Лазеры на базе гольмия характеризуются высокой надежностью и мощностью свыше 400 ватт в диапазоне длин волн 2,05–2,15 микрометра.
Волоконные лазеры обладают рядом преимуществ:
-
Высокая эффективность с минимальными потерями энергии.
-
Простая и надежная конструкция, не требующая регулярной настройки.
-
Эффективное охлаждение, предотвращающее искажение изображения вследствие теплового воздействия.
-
Длительный срок службы, превышающий 100 000 часов.
-
Компактные размеры и полная готовность к эксплуатации.
Применение волоконных лазеров в промышленности охватывает такие процессы, как сварка, резка, очистка поверхностей, маркировка, удаление материала, нанесение покрытий, сверление и пайка. За последние годы наблюдается значительное повышение их мощности и производительности, что делает их одними из наиболее востребованных устройств на современном рынке.
Для дальнейшего прогресса в области волоконно-оптических технологий необходимо совершенствование качества волокон и компонентов, а также разработка инновационных методов накачки лазеров.
