Lasery ciągłe mogą stabilnie i nieprzerwanie emitować wiązki laserowe, a ich moc wyjściowa pozostaje stała w czasie (w warunkach idealnych).
Kluczowe cechy: Stabilność i trwałość
Wyjście ciągłe: To najważniejszy znak. Dopóki zasilanie jest podłączone, a warunki pracy stabilne, laser może emitować światło w sposób ciągły, bez przerwy.
Stabilność mocy: Moc wyjściowa lasera (energia emitowana na jednostkę czasu) pozostaje zasadniczo stała podczas pracy.
Charakterystyka czasowa: Wiązka jest ciągła w wymiarze czasowym (makroskopowo), bez widocznych interwałów impulsów.
Zasada działania: Ciągłe pompowanie, ciągła emisja światła
Zasada działania lasera ciągłego opiera się na podstawowej zasadzie generacji lasera (emisja wymuszona), ale jego proces pompowania jest ciągły:
Ciągłe pompowanie: Zewnętrzne źródła energii (takie jak prąd, energia świetlna, energia reakcji chemicznej) są stale wprowadzane do ośrodka wzmacniającego lasera (takiego jak gaz CO₂, kryształ stały Nd:YAG, materiały półprzewodnikowe, roztwory barwników).
Utrzymanie inwersji populacji: Ciągła energia pompowania wzbudza atomy, cząsteczki lub elektrony w ośrodku wzmacniającym z niskiego poziomu energetycznego na wysoki poziom energetyczny, utrzymując stan, w którym liczba cząstek na wysokim poziomie energetycznym jest większa niż na niskim poziomie energetycznym (inwersja populacji).
Emisja wymuszona trwa: Niewielka liczba spontanicznie emitowanych fotonów istniejących w rezonatorze (składającym się z dwóch luster), przechodząc przez ośrodek wzmacniający, spowoduje, że cząstki na wysokich poziomach energetycznych wytworzą emisję wymuszoną, uwalniając nowe fotony o dokładnie takiej samej częstotliwości, fazie i kierunku jak fotony padające.
Wzmacnianie optyczne i ciągła oscylacja: Te nowo wygenerowane fotony są odbijane w przód i w tył przez zwierciadło rezonatora i wielokrotnie przechodzą przez ośrodek wzmacniający. Każde przejście wyzwala więcej promieniowania wymuszonego, powodując ciągły wzrost liczby fotonów w sposób lawinowy i tworząc potężne spójne fale świetlne.
Stabilne wyjście lasera: Gdy wzmocnienie (wzmocnienie) uzyskane przez światło oscylujące w przód i w tył w rezonatorze jest wystarczające do zrekompensowania strat tej oscylacji (w tym części światła transmitowanego przez zwierciadło wyjściowe), laser osiąga stabilny stan pracy i w sposób ciągły i stabilny emituje wiązkę laserową z częściowo transmitującego zwierciadła wyjściowego.
Kluczowe zalety technologiczne
Ciągłe wyjście mocy: Zapewnia stabilne źródło ciepła lub światła, odpowiednie do procesów wymagających ciągłego doprowadzania energii (takich jak cięcie i spawanie).
Wysoka stabilność: Moc wyjściowa i kierunkowość wiązki są zwykle bardzo stabilne, co ma kluczowe znaczenie dla precyzyjnych pomiarów i komunikacji.
Doskonała jakość wiązki: Zazwyczaj generuje wiązki wysokiej jakości z czystymi trybami (takimi jak tryb podstawowy TEM00) i małymi kątami rozbieżności, co sprzyja ogniskowaniu i transmisji na duże odległości.
Wysoka wydajność (w porównaniu z niektórymi laserami impulsowymi): W scenariuszach, w których wymagana jest praca ciągła, ogólna wydajność wykorzystania energii może być wyższa.
Szeroki zakres zastosowań
Przetwarzanie przemysłowe
Cięcie laserowe: Precyzyjne i szybkie cięcie metali (takich jak maszyny do cięcia laserem CO₂) i niemetali (takich jak tkaniny, akryl).
Spawanie laserowe: Osiągnięcie precyzyjnego spawania o wysokim współczynniku kształtu i niskim odkształceniu (powszechnie stosowane w przemyśle motoryzacyjnym i elektronicznym).
Znakowanie/grawerowanie laserowe: Trwałe znakowanie na powierzchni produktów (głównie lasery półprzewodnikowe i światłowodowe).
Obróbka powierzchni: hartowanie, napawanie, stopowanie itp.
Dziedzina medyczna
Skalpel: Laser CO₂ jest używany do cięcia tkanek miękkich przez odparowanie (np. w chirurgii laryngologicznej), a laser półprzewodnikowy jest używany w chirurgii okulistycznej i stomatologii.
Terapia fotodynamiczna: Lasery ciągłe o określonych długościach fal aktywują leki światłoczułe, aby selektywnie zabijać komórki nowotworowe lub chore tkanki.
Zabiegi na skórze: Usuwanie włosów (półprzewodnik, Nd:YAG), leczenie naczyń krwionośnych, odmładzanie skóry itp.
Komunikacja i informacja
Komunikacja światłowodowa: Lasery półprzewodnikowe są podstawowymi źródłami światła szybkich sieci światłowodowych, przenoszącymi ogromne ilości danych.
Wyświetlanie i wykrywanie
Wyświetlacz laserowy: Jako źródło światła dla projektorów lub telewizorów o wysokiej jasności i szerokiej gamie kolorów.
LiDAR: Niektóre LiDARy o fali ciągłej są używane do pomiaru prędkości, pomiaru odległości, wykrywania gazów itp.
Skanowanie kodów kreskowych: Powszechne urządzenie na kasach w supermarketach.
Lasery ciągłe są kręgosłupem rodziny laserów, które zapewniają stabilny i ciągły przepływ energii. Zrozumienie zasady działania i unikalnych zalet laserów ciągłych jest podstawą do rozpoznania ich kluczowej roli we współczesnej nauce, technologii i przemyśle. Reprezentują one niezwykłe osiągnięcia ludzkości w precyzyjnym i ciągłym kontrolowaniu energii świetlnej.