Виды лазеров
Таблица параметров наиболее распространённых лазеров различных типов, рабочие длины волн, области применения.
Типы и виды лазеров
| Рабочее тело | Длина волны | Источник накачки | Применение |
|---|---|---|---|
| Гелий-неоновый лазер | 632,8 нм (543,5; 593,9; 611,8 нм, 1,1523; 1,52; 3,3913 мкм) | Электрический разряд | Интерферометрия, голография, спектроскопия, считывание штрих-кодов, демонстрация оптических эффектов. |
| Аргоновый лазер | 488,0; 514,5 нм, (351; 465,8; 472,7; 528,7 нм) | Электрический разряд | Лечение сетчатки глаза, литография, накачка других лазеров. |
| Криптоновый лазер | 416; 530,9; 568,2; 647,1; 676,4; 752,5; 799,3 нм | Электрический разряд | Научные исследования, в смеси с аргоном лазеры белого света, лазерные шоу. |
| Ксеноновый лазер | Множество спектральных линий по всему видимому спектру и частично в УФ и ИК областях. | Электрический разряд | Научные исследования. |
| Азотный лазер | 337,1 нм (316; 357 нм) | Электрический разряд | Накачка лазеров на красителях, исследование загрязнения атмосферы, научные исследования, учебные лазеры. |
| Лазер на фтористом водороде | 2,7—2,9 мкм (Фтористый водород) 3,6—4,2 мкм (фторид дейтерия) | Химическая реакция горения этилена и трёхфтористого азота (NF3), инициируемая электрическим разрядом (импульсный режим) | Способен работать в постоянном режиме в области мегаваттных мощностей и в импульсном режиме в области тераваттных мощностей. Один из самых мощных лазеров. Лазерные вооружения. Лазерный термоядерный синтез (ЛТС). |
| Химический лазер на кислороде и иоде (COIL) | 1,315 мкм | Химическая реакция в пламени синглетного кислорода и иода | Способен работать в постоянном режиме в области мегаваттных мощностей. Также создан и импульсный вариант. Научные исследования, лазерные вооружения. Обработка материалов. Лазерный термоядерный синтез (ЛТС). В перспективе: источник накачки неодимовых лазеров и рентгеновских лазерных систем. |
| Углекислотный лазер (CO2) | 10,6 мкм, (9,6 мкм) | Поперечный (большие мощности) или продольный (малые мощности) электрический разряд, химическая реакция (DF-CO2 лазер) | Обработка материалов (резка, сварка), хирургия. В резке металлов активно вытесняются волоконными лазерами, но сохраняют позиции в обработке неметаллов (дерево, пластик) и толстой стали[2]. |
| Лазер на монооксиде углерода (CO) | 2,5—4,2 мкм, 4,8—8,3 мкм | Электрический разряд; химическая реакция | Обработка материалов (гравировка, сварка и т. д.), фотоакустическая спектроскопия. |
| Эксимерный лазер | 193 нм (ArF), 248 нм (KrF), 308 нм (XeCl), 353 нм (XeF) | Рекомбинация эксимерных молекул при электрическом разряде | Глубокая ультрафиолетовая (DUV) литография при производстве полупроводников, офтальмология (LASIK)[3].[4] |
| Рабочее тело | Длина волны | Источник накачки | Применение |
|---|---|---|---|
| Лазер на красителях | 390—435 нм (Стильбен), 460—515 нм (Кумарин 102), 570—640 нм (Родамин 6G), другие | Другой лазер, импульсная лампа. | Научные исследования, высокоточная спектроскопия[5], косметическая хирургия (лечение сосудистых патологий в дерматологии)[6], разделение изотопов. Рабочий диапазон определяется типом красителя. |
В промышленном применении лазеры на парах металлов в значительной степени вытеснены полупроводниковыми и волоконными аналогами, сохраняясь в узких нишах (наука, дерматология).
| Рабочее тело | Длина волны | Источник накачки | Применение |
|---|---|---|---|
| Гелий-кадмиевый лазер на парах металлов | 440 нм, 325 нм | Электрический разряд в смеси паров металла и гелия. | Полиграфия, УФ детекторы валюты, научные исследования. |
| Гелий-ртутный лазер на парах металлов | 567 нм, 615 нм | Электрический разряд в смеси паров металла и гелия. | Археология, научные исследования, учебные лазеры. |
| Гелий-селеновый лазер на парах металлов | до 24 спектральных полос от красного до УФ | Электрический разряд в смеси паров металла и гелия. | Археология, научные исследования, учебные лазеры. |
| Лазер на парах меди | 510,6 нм, 578,2 нм | Электрический разряд | Дерматология, скоростная фотография, накачка лазеров на красителях. |
| Лазер на парах золота | 627 нм | Электрический разряд | Археология, медицина. |
| Рабочее тело | Длина волны | Источник накачки | Применение |
|---|---|---|---|
| Рубиновый лазер | 694,3 нм | Импульсная лампа | Голография, удаление татуировок. Первый представленный тип лазера (1960). |
| Алюмо-иттриевые лазеры, допированные неодимом (Nd:YAG) | 1,064 мкм, (1,32 мкм) | Импульсная лампа, лазерный диод | Обработка материалов, лазерные дальномеры, лазерные целеуказатели, хирургия, научные исследования, накачка других лазеров. Один из самых распространённых лазеров высокой мощности. Обычно работает в импульсном режиме (доли наносекунд). Нередко используется в сочетании с удвоителем частоты и соответственным изменением длины волны на 532 нм. Известны конструкции с квазинепрерывным режимом излучения. Высокомощной конфигурацией являются дисковые лазеры[7], активно развиваются системы с диодной накачкой[8]. |
| Лазер на фториде иттрия-лития с легированием неодимом (Nd:YLF) | 1,047 и 1,053 мкм | Импульсная лампа, лазерный диод | Наиболее часто используются для накачки титан-сапфировых лазеров, используя эффект удвоения частоты в нелинейной оптике. |
| Лазер на ванадате иттрия (YVO4) с легированием неодимом (Nd:YVO) | 1,064 мкм | Лазерные диоды | Наиболее часто используются для накачки титан-сапфировых лазеров, используя эффект удвоения частоты в нелинейной оптике. |
| Лазер на неодимовом стекле (Nd:Glass) | ~1,062 мкм (Силикатные стёкла), ~1,054 мкм (Фосфатные стёкла) | Импульсная лампа, Лазерные диоды | Лазеры сверхвысокой мощности (тераватты) и энергии (мегаджоули). Обычно работают в нелинейном режиме утроения частоты до 351 нм в устройствах лазерной плавки. Лазерный термоядерный синтез (ЛТС). Накачка рентгеновских лазеров. |
| Титан-сапфировый лазер | 650—1100 нм | Другой лазер | Спектроскопия, лазерные дальномеры, научные исследования, генерация фемтосекундных импульсов[9]. |
| Алюмо-иттриевые лазеры с легированием тулием (Tm:YAG) | 2,0 мкм | Лазерные диоды | Лазерные радары |
| Алюмо-иттриевые лазеры с легированием иттербием (Yb:YAG) | 1,03 мкм | Импульсная лампа, Лазерные диоды | Обработка материалов, исследование сверхкоротких импульсов, мультифотонная микроскопия, лазерные дальномеры. |
| Алюмо-иттриевые лазеры с легированием гольмием (Ho:YAG) | 2,1 мкм | Лазерные диоды | Медицина |
| Церий-легированный литий-стронций (или кальций)-алюмо-фторидный лазер (Ce:LiSAF, Ce:LiCAF) | ~280-316 нм | Лазер Nd:YAG с учетверением частоты, Эксимерный лазер, лазер на парах ртути. | Исследование атмосферы, лазерные дальномеры, научные разработки. |
| Лазер на александрите с легированием хромом | Настраивается в диапазоне от 700 до 820 нм | Импульсная лампа, Лазерные диоды. Для непрерывного режима — дуговая ртутная лампа | Дерматология, лазерные дальномеры. |
| Лазеры на фториде кальция, легированном ураном (U:CaF2) | 2,5 мкм | Импульсная лампа | Первый 4-х уровневый твердотельный лазер, второй работающий тип лазера (после рубинового лазера Маймана), охлаждался жидким гелием, сегодня не используется. |
| Лазеры на халькогенидах цинка/кадмия, легированных переходными металлами (хромом,железом) (TM2+:AIIBVI, Cr2+:CdSe, Cr2+:ZnSe, Fe2+:ZnSe) | Cr2+ 1,9-3,6 мкм, Fe2+ 4-5.5 мкм | для Cr2+-легированной активной среды — лазерный диод, эрбиевый или тулиевый волоконные лазеры, для Fe2+-легированной активной среды — Er:YAG лазер (2,94 мкм) | Твердотельные лазеры с широкой полосой перестройки, генерация фемтосекундных лазерных импульсов |
| Пикосекундный лазеры (на основе Yb:YAG, Nd:YAG) | 1030 нм, 1064 нм (а также гармоники 532 нм, 343 нм) | Диодная накачка | Высокоточная микрообработка материалов (резка полупроводников, гравировка, медицина) без теплового повреждения[10]. |
| Рабочее тело | Длина волны | Источник накачки | Применение |
|---|---|---|---|
| Волоконный лазер с легированием эрбием | 1,53-1,56 мкм | Лазерные диоды | Оптические усилители в волоконно-оптических линиях связи, обработка металлов (резка, сварка, гравировка), термораскалывание стекла, медицина, косметология. |
| Волоконный лазер с легированием иттербием (Yb)[11] | 1,03—1,1 мкм[11] | Лазерные диоды | Промышленная обработка материалов (резка, сварка). Вытесняют CO2-лазеры в металлообработке благодаря высокому КПД (30—40 %) и скорости[12]. Мощность промышленных установок достигает 60 кВт[12], что позволяет резать сталь толщиной до 200 мм. |
| Рабочее тело | Длина волны | Источник накачки | Применение |
|---|---|---|---|
| Полупроводниковый лазерный диод | Длина волны зависит от материала и структуры активной области: ближний УФ, фиолетовый, синий — полупроводниковые нитриды Ga, Al; |
Электрический ток, оптическая накачка | Телекоммуникации, голография, лазерные целеуказатели, лазерные принтеры, накачка лазеров других типов. AlGaAs-лазеры (алюминий-арсенид-галлиевые), работающие в диапазоне 780 нм используются в проигрывателях компакт-дисков и являются самыми распространёнными в мире. КПД лучших образцов достигает 76 %. |
| Квантовый каскадный лазер (QCL) | Средний ИК и ТГц диапазон[13] | Электрический ток | Спектроскопия, газовый анализ[13]. |
| VCSEL (поверхностно-излучающие лазеры) | Ближний ИК-диапазон | Электрический ток | Системы LiDAR (автономный транспорт), распознавание лиц (FaceID)[14]. |
| Рабочее тело | Длина волны | Источник накачки | Применение |
|---|---|---|---|
| Лазер на свободных электронах | От микроволн до жесткого рентгеновского излучения (менее 0,1 нм)[15] | Пучок релятивистских электронов | Исследования атмосферы, материаловедение, медицина, противоракетная оборона. |
| Псевдо-никелево-самариевый лазер | Рентгеновское излучение 7,3—15 нм | Излучение в сверхгорячей плазме самария, создаваемое двойными импульсами лазера на неодимовом стекле. [1] | Первый демонстрационный лазер, работающий в области жесткого рентгеновского излучения. Может применяться в микроскопах сверхвысокого разрешения и голографии. Его излучение лежит в «окне прозрачности» воды и позволяет исследовать структуру ДНК, активность вирусов в клетках, действие лекарств. |
| Лазер на центрах окраски | Длина волны 0,8—4 микрон | Оптическая (лампа вспышка, лазерная), пучок электронов | Спектроскопия, медицина. |
| Плазменный лазер (на ксеноновой плазме) | Рентгеновское излучение | Оптическая (возбуждение струи ксенона твердотельным лазером) | Рентгеновская литография нового поколения, источники излучения высокой яркости[16]. |
| «Умные» (адаптивные) лазеры | Зависит от активной среды (часто волоконный лазер) | Диодная (с автоматической подстройкой параметров через ИИ) | Самонастройка режимов генерации, прецизионная металлообработка, медицина[17]. |