鋰離子電池雷射基礎知識(鋰電)-第一篇

鋰電知識 發佈 2022-12-08T10:24:48.171261+00:00

英文名Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,意思是「通過受激輻射光擴大」。


雷射的定義:

雷射是20世紀以來繼核能、電腦、半導體之後,人類的又一重大發明,被稱為「最快的刀」、「最準的尺」、「最亮的光」。英文名Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation,意思是「通過受激輻射光擴大」。雷射的英文全名已經完全表達了製造雷射的主要過程。雷射的原理早在 1916年已被著名的猶太裔物理學家愛因斯坦發現Laser 為人工光源,具有與自然光不同的特性,發展成實用技術被廣泛應用於各種領域。

雷射的用途:

雷射可直線傳播到很遠,並且可聚集在較小範圍等,人們運用這些特性,廣泛應用雷射。雷射市場不斷擴大,正在幫助製造業提高生產效率和品質。


雷射的四大特性:

1、相干性:相干光的特徵是其所有的光波都是同步的,整束光就好像一個「波列」相關性一般應用在光學檢測上。

2、單色性:光的顏色由光的波長(或頻率)決定。一定的波長對應一定的顏色,雷射波長分布範圍達到納米級別,因此顏色極純。

3、方向性:普通的光是向四面八方發散傳播的,而雷射就具有定向傳播特性,也就是按需指向並且發散的角度很小。

4、高亮度:雷射能量高度集中。大量光子集中在一個極小的空間範圍內射出,能量密度極高亮度也就非常高。

光是電磁波,電磁波就是光,光的本質應該認為是光子,它具有波粒二相性。

典型工業雷射波長

光可以分為可見光與不可見光,肉眼看得見的是電磁波中很短的一段。

可見光經三稜鏡分光後,成為一條由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種顏色組成的光帶,這光帶稱為光譜。其中紅光波長最長,紫光波長最短,其它各色光的波長則依次介於其間。波長長於紅光的(>0.76微米)有紅外線有無線電波;波長短於紫色光的(<0.4微米)有紫外線 。紅色光波最長,640—780nm;紫色光波最短,380—430nm。紅640—780nm ;橙640—610nm ;黃610—530nm ;綠505—525nm ;藍505—470nm ;紫470—380nm。


雷射產生基本原理:

電子可以通過吸收或釋放能量從一個能階躍遷到另一個能階。例如當電子吸收了一個光子時,它便可能從一個較低的能階躍遷至一個較高的能階(圖 a)。同樣地,一個位於高能階的電子也會通過發射一個光子而躍遷至較低的能階(圖 b)。在這些過程中,電子釋放或吸收的光子能量總是與這兩能階的能量差相等。由於光子能量決定了光的波長,因此,吸收或釋放的光具有固定的顏色。

由一定幾何形狀和光學反射特性的兩塊反射鏡按特定的方式組合,提供光學正反饋,維持光振盪的增益介質,控制腔內振盪光束的特性。用於保證光得到足夠放大。

常見雷射器:

氣體CO2

固體YAG

半導體LD

光纖 Fiber(固體)


常見工業雷射加工雷射器:

雷射種類

雷射增益介質


典型例子


波長

適合的應用領域

氣體雷射器

氣體或蒸汽

CO2雷射器(CO2)

10600nm(遠紅外)

材料加工

氦氖雷射器(氦氖)

633nm(紅)

測量技術

準分子雷射器

157-353nm(紫外)

測量技術、光化學、光刻

固體雷射器

摻雜了激活離子的晶體或玻璃

紅寶石雷射器


693nm(紅)

人類發明的第一台雷射器

Nd: YAG雷射器(摻釹釔鋁石榴石)

1060nm

材料加工

Nd:玻璃雷射器

1064nm(近紅外)

材料加工

Yb:YAG雷射器

1030nm(近紅外)

/

(光纖雷射器)

摻稀土元素玻璃光纖

Pulse/QCW/CW光纖雷射器


1um-2um (近紅外)

材料加工


(半導體雷射器)


半導體材料GaAs/CdS/InP/ZnS

雷射二極體LD

670nm、650nm、630nm、690nm、780nm、810nm、860nm、980nm等紅光到藍綠光

材料加工

液體雷射器

高度稀釋的有機染料

染料雷射器

波長可調諧,從300nm到1200nm;

光譜學

雷射性能參數:

雷射波長:波長是指雷射器的輸出波長,是雷射器輸出雷射光束的重要參數。

雷射是一種特殊的光,有光的特性,只不過比普通光顏色更純,能量更大一些。雷射的波長和普通光的波長一樣,從紅外線到紫外線,都有雷射的存在。雷射器的這種頻率輸出的特性完全是由組成雷射工作物質的原子(或分子、離子)的有關能級之間躍遷發光的性質以及諧振腔的結構和性質決定的。雷射的顏色取決於雷射的波長,而波長取決於發出雷射的活性物質。

功率定義:單位時間內所做的功叫功率。功率是表示物體做功快慢的物理量。

雷射功率:單位時間內雷射輸出的能量;一般指平均功率(W):調節範圍10-100%。

雷射功率計:雷射功率計是用來測試連續雷射的功率或者脈衝雷射在某一段時間的平均功率的儀器。

雷射技術發展向更高功率:雷射器輸出功率隨著技術突破越來越高,由百瓦,千萬級增加到萬瓦、十萬瓦、百萬瓦級別。

連續雷射器連續不斷地輸出雷射,適合於要求雷射連續工作的場合,連續雷射長時間作用樣件表面會產生較大的熱影響。

雷射脈寬:

脈寬可理解為單個雷射脈衝作用在材料上的時間,所以脈寬的單位是秒 (s)

脈寬<10ps的雷射器叫做超快雷射器,可以實現雷射冷加工。


在工業上,通常將雷射分成連續波(CW)、准連續(QCW)、短脈衝(Q-Switched)、超短脈衝(Mode-Locked)四類。

連續波以多模連續光纖雷射器為代表,占據了當前工業市場的大部分份額,廣泛應用於切割、焊接、熔覆等領域。

准連續波又稱長脈衝,可產生ms~μs量級的脈衝。

短脈衝指的是ns量級的脈衝,廣泛的應用於雷射標刻、鑽孔、醫療、雷射測距、二次諧波的產生、軍事等領域。

超短脈衝則是我們所說的超快雷射,包括達到ps、fs量級的脈衝雷射。


連續&調製模式:調整頻率&占空比

頻率:f=1/T

占空比(Duty Ratio)=t/T

脈衝調製雷射器是指每隔一定的時間才輸出一次的雷射器,一般具有較高的峰值功率,適合於薄片的切割。

脈衝作用時間短、能量高,熱影響區較小,切割質量較好。

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2021-07-05T07:09:00.600884+00:00

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