Grundkunskap om laser

Home » Vårt kunskapscenter » Grundkunskap om laser

Laserteknik på femton sekunder

Om man vill förklara laserteknik riktigt enkelt räcker det att man konstaterar att man använder ljus för att föra över värme med stor precision. Det är samma pricip som används i dagens lasrar som när de uppfanns för snart sextio år serdan. Vad Permanova har gjort under trettio års tid är att arbet med att förfina tekniken och att göra den enkel och säker att använda. För er som vill fördjupa er i den underliggande fysiken och tekniken finns en hel del matnyttigt att läsa nedan.

Grundkunskap om laser formell

Laser

Laserljus består av parallella ljusknippen med samma våglängd vilket gör att dess stråle, i jämförelse med ljuset från en ficklampa, går att fokusera till en extremt liten punkt.

För att en foton,  med både våg- och partikelgenskaper, skall kunna uppstå måste yttre energi tillföras en atom. Detta gör att en (eller flera) av dess elektroner lyfts till en högre energinivå vilket resulterar i att den hoppar upp ett eller flera elektronskal. Detta kallas för exitering.

Då detta tillstånd ej är ett naturligt tillstånd för atomen så hoppar elektronen så småningom tillbaka till sin ursprungliga nivå och avger överskottsenergin i form av en foton i slumpvis riktning. Detta kallas för spontan emission.

Denna typ av emission är ej önskvärd då man i lasersammanhang eftersträvar fotoner med parallell riktning. Detta kan åstadkommas genom att påverka emissionen genom att "knuffa" ner elektronen till sin ursprungsnivå med hjälp av en annan foton. Detta kallas för stimulerad emission och resulterar i att fotoner som avges erhåller exakt samma riktning som den som knuffade ner elektronen. Dessa knuffar i sin tur ned ytterligare exiterade elektroner vilket skapar en kedjeeffekt av emissioner och på så sätt byggs energin upp i laserstrålen.

Ordet LASER är akronym för Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, vilket är just en förklaring av processen.

Samtliga lasergeneratorer fungera på detta sätt men har olika sätt att tillföra energi, sk pumpning, samt olika typer av atomer som nyttjas till exiteringen, dvs olika lasermedier.

schematic diagram of high power fiber laser using a double clad fiber

Fiberlaser

En lasergenerator som genererar en laserstråle genom att exitera en Erbiumdopad fiber med ljus.

Denna generatortyp följer grundprincipen för hur hur en Laserstråle skapas där ett medie "Pumpas" med energi för att därefter avge fotoner då mediet återgår till sitt naturliga tillstånd.

I en Fiberlaser är det vanligtvis en Erbiumdopad fiber som är själva mediet. Själva fibern består av tre olika skikt, den inre Ytterbiumdopade kärnan, ett transparent mellanskikt samt den yttre manteln.

Pumpningen sker genom relativt billiga diod-lasrar som skjuter in laserljus i fibern. Ljusets leds och reflekteras mot den yttre manteln och passerar fiberkärnan upprepade gånger vilket lyfter mediets elektroner till en högre energinivå (exitering) för att därefter stimuleras till att återgå till sitt grundtillstånd (emittering) vilket frigör ljusknippen (fotoner).

På detta sätt genereras laserstrålen längs fiberns riktning och släpps sedan ut och leds vidare via fiber fram till applikationen.

Flera olika typer av fibergeneratorer finns. Tex låter man i vissa fall strålen studsa mellan speglar i ändarna eller att pumpningen inte sker från änden utan via ett eller flera inlopp längs fiberns längd.

Grundkunskap om laser

Nd:YAG

En lasergenerator som genererar en laserstråle genom att exitera en Nd:YAG kristall med ljus.
Denna generatortyp följer grundprincipen för hur hur en Laserstråle skapas där ett medie "Pumpas" med engerig för att därefter avge fotoner då mediet återgår till sitt naturliga tillstånd.

I en Nd:YAG-resonator så är det en Nd:YAG-dopad kristall som är själva mediet.

Pumpningen sker genom att blixtljus lyfter mediets elektroner till en högre energinivå (exitering) för att därefter stimuleras till att återgå till sitt grundtillstånd (emittering) vilket frigör ljusknippen (fotoner).

Fotonerna studsar mellan en bakre spegel och en främre spegel så att laserstrålen på så sätt byggs upp till full intensitet. Den främre spegeln är halvtransparent och släpper igenom en viss mängd fotoner. Merparten av fotonerna reflekteras dock tillbaka för att bibehålla full intensitet i generatorn.

De fotoner som släpps igenom är själva laserstrålen som sedan leds fram till bearbetningsprocessen via optisk fiber.

co2 lasermodel simple side view

CO2 laser

En lasergenerator som genererar en laserstråle genom att exitera en gasblandning med elektriska urladdningar.
Denna generatortyp följer grundprincipen för hur hur en Laserstråle skapas där ett medie "Pumpas" med energ för att därefter avge fotoner då mediet återgår till sitt naturliga tillstånd.

I en Koldioxidgenerator så fylls en kammare med Kolidioxid, Helium och Kvävgas där Koldioxiden är mediet som nyttjas till att generera själva laserstrålen och de övriga för att stödja och stabilicera processen.

Pumpningen sker genom att elektiska urladdningar lyfter mediets elektroner till en högre energinivå (exitering) för att därefter stimuleras till att återgå till sitt grundtillstånd (emittering) vilket frigör ljusknippen (fotoner).

Fotonerna studsar mellan en bakre spegel och en främre spegel så att laserstrålen på så sätt byggs upp till full intensitet. Den främre spegeln är halvtransparent och släpper igenom en viss mängd fotoner. Merparten av fotonerna reflekteras dock tillbaka för att bibehålla full intensitet i generatorn.

De fotoner som släpps igenom är själva laserstrålen som sedan leds fram till bearbetningsprocessen via optiska speglar och linser.

Laser industry

Fördomar om laser

Kostnad. På nittiotalet var en laserkälla skrymmande och hade ett relativt högt inköpspris. Mycket har hänt sedan dess. Idag är en industriell laser sällan större än ett rejält kylskåp. Kostnaden är en tredjedel per kilowatt och tillgängheten ligger över 99%.