Синие лазеры, виды, принцип работы

Что такое синий лазер?

"Синий лазер - это устройство, которое создает луч света с длиной волны в диапазоне от 400 до 500 нанометров. Этот диапазон длин волн находится между фиолетовым и зеленым цветом и соответствует синей части спектра..."

---

Полезные статьи:

Лазерные сканеры, виды, принцип работы

Что такое инфракрасные камеры

Все статьи

Выбор средств усиления лазера для таких длин волн ограничен, и достижимая производительность обычно не так хороша, как, например, в инфракрасной области спектра. 

Однако значительный технический прогресс привел к выбору лазеров синего и фиолетового цветов, включая многие коммерческие устройства, которые подходят для широкого спектра применений.

Обратите внимание, что лазеры излучающие в фиолетовой области спектра, часто называют синими лазерами вместо фиолетовых лазеров.

Типы синих лазеров

Синие лазерные диоды

Довольно успешно были разработаны синие лазерные диоды на основе нитрида галлия (GaN) или родственных материалов (например, InGaN) с излучением около 400-480 нм, которые в настоящее время предлагают значительно лучшую выходную мощность и срок службы устройства, чем лазеры на зеленых диодах. 

Например, для синего лазерного диода с широкой областью действия выходная мощность теперь может достигать порядка 10 Вт, а благодаря сочетанию многих таких лазерных диодов стали коммерчески доступными диодные лазеры с волоконной связью мощностью в сотни ватт или более от одного многомодового волокна. Можно также генерировать мощность порядка 100 Вт с помощью диодной планки. 

Легированные синие лазеры

Легированные тулием или празеодимом лазеры с повышающим преобразованием на основе волокон или объемных кристаллов могут излучать около 480 нм, обычно с выходной мощностью в несколько десятков милливатт и с хорошим качеством луча. Представляется возможным дальнейшее развитие для мощностей в сотни милливатт или даже несколько ватт.

Синий или фиолетовый свет также может генерироваться путем удвоения частоты (внешнего по отношению к лазерному резонатору или внутрирезонатору) на выходе лазеров, излучающих около 800-1000 нм. Наиболее часто используются лазеры на неодимовом легировании, например, Nd: YAG, излучающие при 946 нм (для 473 нм), Nd: YVO₄ при 914 нм (для 457 нм) и Nd: YAlO₃ при 930 нм (для 465 нм). 

Даже при одночастотной работе и высоком качестве луча можно получить выходную мощность в несколько ватт, хотя это и сложнее, чем при использовании лазеров с толщиной луча 1 мкм. Вместо лазера может использоваться оптический параметрический генератор.

Мощные векселы с оптической накачкой

Такие лазеры также являются очень привлекательными лазерными источниками для удвоения частоты с выходной мощностью в несколько ватт или даже десятков ватт. Обратите внимание, что другие виды полупроводниковых лазеров, такие как лазерные диоды большой площади, доступны с подходящими длинами волн, но менее подходят для удвоения частоты из-за обычно большей ширины линии и плохого качества луча. Однако существуют некоторые диодные лазеры, которые излучают несколько десятков милливатт света с удвоенной частотой.

Гелий–кадмиевые лазеры (которые являются газовыми лазерами) могут излучать сотни милливатт в синей области при длине волны 441,6 нм с высоким качеством луча.

Аргоновые ионные лазеры

Основанны на лазерном усилении в аргоновой плазме (производимом с помощью электрического разряда), являются довольно мощными источниками света для различных длин волн. В то время как наибольшая мощность может быть достигнута в зеленом свете при 514 нм, значительные уровни мощности в несколько ватт также доступны при 488 нм, за исключением некоторых более слабых линий, например, при 458, 477 и 497 нм. 

В любом случае, энергоэффективность таких лазеров очень низкая, так что для многоваттной синей мощности требуются десятки киловатт электроэнергии, а система охлаждения имеет соответствующие размеры. Существуют трубки меньшего размера для аргоновых лазеров с воздушным охлаждением, которым требуются сотни ватт для генерации нескольких десятков милливатт.

Внимание! Опасность для глаз 

При длинах волн ниже ~ 400 нм чувствительность глаза (т.е. его способность обнаруживать небольшие уровни освещенности) резко снижается, и человек попадает в область ультрафиолетового излучения.  

Обратите внимание, что даже при длинах волн около или чуть выше 400 нм сетчатка может быть повреждена в результате фотохимических эффектов даже при уровнях интенсивности, которые не воспринимаются как очень яркие.

Принцип работы синих лазеров

Принцип работы основан на использовании полупроводникового кристалла. В этом кристалле происходит процесс взаимодействия света и электронов, который приводит к созданию лазерного излучения.

Для создания синего лазера обычно используются кристаллы, такие как кристаллы фосфата алюминия-галлия (AlGaAs) или кристаллы фосфата галлия-арсенида (GaAs). Эти кристаллы обладают свойством поглощения света определенной длины волны и переизлучения его с большей энергией.

При работе синего лазера свет, проходящий через кристалл, поглощается электронами и высвобождает энергию. Эта энергия передается обратно электронам, которые начинают двигаться с высокой скоростью. Когда электроны достигают поверхности кристалла, они переизлучают свет с большей длиной волны и энергией, чем тот, который был поглощен.

Таким образом, устройство создает луч света, который имеет высокую энергию и длину волны в синем диапазоне. Этот луч можно использовать для различных целей, таких как маркировка, резка материалов, сварка и другие технологические процессы.

Применение синих лазеров

Синий и фиолетовый лазеры используются, например,

• в интерферометрах,
• для лазерной печати (например, экспонирования печатных форм)
• цифровой фотообработки,
• записи данных (голографическая память),
• в лазерной микроскопии,
• в лазерных проекционных дисплеях (как часть источников RGB),
• в проточной цитометрии и для спектроскопических измерений. 

Применение диодных лазеров прямого действия также становится все более возможным благодаря повышению производительности синих лазерных диодов.

Запись данных является основной движущей силой разработки синих и фиолетовых лазерных диодов; короткая длина волны излучения обеспечивает повышенную плотность хранения.

В большинстве случаев использование синего и фиолетового лазеров обусловлено относительно короткими длинами волн, что обеспечивает сильное поглощение во многих материалах, плотную фокусировку или разрешение очень тонких структур в приложениях для получения изображений.