Kontinuierliche Laser können stabil und ununterbrochen Laserstrahlen ausgeben, und ihre Ausgangsleistung bleibt über die Zeit konstant (unter idealen Bedingungen).
Kernmerkmale: Stabilität und Nachhaltigkeit
Kontinuierliche Ausgabe: Dies ist das wichtigste Merkmal. Solange die Stromversorgung angeschlossen ist und die Arbeitsbedingungen stabil sind, kann der Laser kontinuierlich und ohne Unterbrechung Licht emittieren.
Leistungsstabilität: Die Leistung des ausgegebenen Lasers (die pro Zeiteinheit emittierte Energie) bleibt während des Betriebs im Wesentlichen konstant.
Zeitliche Eigenschaften: Der Strahl ist in der zeitlichen Dimension (makroskopisch) kontinuierlich, ohne offensichtliche Impulsintervalle.
Funktionsprinzip: Kontinuierliches Pumpen, kontinuierliche Lichtemission
Das Funktionsprinzip eines kontinuierlichen Lasers folgt dem Grundprinzip der Lasererzeugung (stimulierte Emission), aber sein Pumpvorgang ist kontinuierlich:
Kontinuierliches Pumpen: Externe Energiequellen (wie Strom, Lichtenergie, chemische Reaktionsenergie) werden kontinuierlich in das Verstärkungsmedium des Lasers (wie Gas CO₂, Festkörperkristall Nd:YAG, Halbleitermaterialien, Farbstofflösungen) eingespeist.
Aufrechterhaltung der Populationsinversion: Die kontinuierliche Pumpenergie regt Atome, Moleküle oder Elektronen im Verstärkungsmedium von einem niedrigen Energieniveau auf ein hohes Energieniveau an, wodurch ein Zustand aufrechterhalten wird, in dem die Anzahl der Teilchen im hohen Energieniveau größer ist als die im niedrigen Energieniveau (Populationsinversion).
Stimulierte Emission setzt sich fort: Eine kleine Anzahl von spontan emittierten Photonen, die im Resonanzhohlraum (bestehend aus zwei Spiegeln) vorhanden sind, führt beim Durchgang durch das Verstärkungsmedium dazu, dass Teilchen auf hohen Energieniveaus stimulierte Emission erzeugen und neue Photonen mit genau der gleichen Frequenz, Phase und Richtung wie die einfallenden Photonen freisetzen.
Optische Verstärkung und kontinuierliche Oszillation: Diese neu erzeugten Photonen werden von den Resonatorspiegeln hin und her reflektiert und passieren wiederholt das Verstärkungsmedium. Jeder Durchgang löst mehr stimulierte Strahlung aus, wodurch die Anzahl der Photonen lawinenartig kontinuierlich zunimmt und leistungsstarke kohärente Lichtwellen entstehen.
Stabile Laserausgabe: Wenn die Verstärkung (Verstärkung), die das Licht beim Hin- und Heroszillieren im Resonanzhohlraum einmal erhält, ausreicht, um den Verlust dieser Oszillation (einschließlich eines Teils des durch den Ausgangsspiegel übertragenen Lichts) zu kompensieren, erreicht der Laser einen stabilen Betriebszustand und emittiert kontinuierlich und stabil einen Laserstrahl aus dem teilweise übertragenen Ausgangsspiegel.
Wichtige technologische Vorteile
Kontinuierliche Leistungsausgabe: Er liefert eine stabile Wärme- oder Lichtquelle, die für Prozesse geeignet ist, die eine kontinuierliche Energiezufuhr erfordern (z. B. Schneiden und Schweißen).
Hohe Stabilität: Die Ausgangsleistung und die Strahlrichtwirkung sind in der Regel sehr stabil, was für präzise Messungen und Kommunikation entscheidend ist.
Hervorragende Strahlqualität: Er erzeugt in der Regel hochwertige Strahlen mit reinen Modi (z. B. Grundmode TEM00) und kleinen Divergenzwinkeln, was die Fokussierung und Langstreckenübertragung begünstigt.
Hoher Wirkungsgrad (im Vergleich zu einigen gepulsten Lasern): In Szenarien, in denen ein Dauerbetrieb erforderlich ist, kann der Gesamtwirkungsgrad der Energienutzung höher sein.
Breites Anwendungsspektrum
Industrielle Verarbeitung
Laserschneiden: Präzises und schnelles Schneiden von Metallen (z. B. CO₂-Laserschneidmaschinen) und Nichtmetallen (z. B. Stoffe, Acryl).
Laserschweißen: Erzielung von präzisen Schweißungen mit hohem Seitenverhältnis und geringer Verformung (wird häufig in der Automobil- und Elektronikindustrie eingesetzt).
Lasermarkierung/Gravur: Permanente Markierung auf der Oberfläche von Produkten (hauptsächlich Halbleiter- und Faserlaser).
Oberflächenbehandlung: Härten, Beschichten, Legieren usw.
Medizinischer Bereich
Skalpell: CO₂-Laser wird zur Verdampfung von Weichgewebe verwendet (z. B. in der HNO-Chirurgie), und Halbleiterlaser werden in der Augenchirurgie und Zahnbehandlung eingesetzt.
Photodynamische Therapie: Kontinuierliche Laser bestimmter Wellenlängen aktivieren lichtempfindliche Medikamente, um Krebszellen oder erkranktes Gewebe selektiv abzutöten.
Hautbehandlungen: Haarentfernung (Halbleiter, Nd:YAG), Gefäßbehandlung, Hautverjüngung usw.
Kommunikation und Information
Glasfaserkommunikation: Halbleiterlaser sind die Kernlichtquellen von Hochgeschwindigkeits-Glasfasernetzen, die riesige Datenmengen transportieren.
Anzeige und Sensorik
Laseranzeige: Als Lichtquelle für hochhelle Projektoren oder Fernsehgeräte mit großem Farbraum.
LiDAR: Einige Dauerstrich-LiDAR werden zur Geschwindigkeitsmessung, Entfernungsmessung, Gaserfassung usw. verwendet.
Barcode-Scannen: Ein gängiges Gerät an Supermarktkassen.
Kontinuierliche Laser sind das Rückgrat der Laserfamilie, die einen stabilen und kontinuierlichen Energiefluss liefert. Das Verständnis des Funktionsprinzips und der einzigartigen Vorteile von kontinuierlichen Lasern ist die Grundlage für die Erkennung ihrer Kernrolle in der zeitgenössischen Wissenschaft, Technologie und Industrie. Sie repräsentieren die bemerkenswerten Errungenschaften der Menschheit bei der präzisen und kontinuierlichen Steuerung von Lichtenergie.