Les applications laser s'étendent aussi loin que nous pouvons l'imaginer. Des applications industrielles telles que la découpe, le soudage, le marquage à l'industrie médicale pour la numérisation, la fabrication d'outils de précision à l'industrie de luxe pour la finition, l'impression et finalement à toute industrie à laquelle nous pouvons penser.
Savez-vous ce qu’est la technologie laser et comment elle est générée ? Continuez à lire pour connaître la technologie qui transforme les industries.
Vous êtes-vous déjà demandé comment sont fabriquées les choses qui nous entourent, les choses que nous utilisons quotidiennement ? Eh bien, lorsque nous affinons pour comprendre que c’est fait, nous comprendrons que la plupart d’entre eux sont touchés par les opérations du système laser. Les applications laser s’étendent aussi loin que nous pouvons l’imaginer. Des applications industrielles telles que la découpe, le soudage, le marquage à l’industrie médicale pour la numérisation, la fabrication d’outils de précision à l’industrie de luxe pour la finition, l’impression et finalement à toute industrie à laquelle nous pouvons penser. Alors, qu’est-ce que la technologie laser ?
Principe fondamental du laser :
Par définition laser , il est dit « Un laser est un appareil qui émet de la lumière à travers un processus d’amplification optique basé sur l’émission stimulée de rayonnement électromagnétique ». Bien que le terme LASER semble une expression saine, il s’agit en fait d’un acronyme pour « amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement ». Comme nous l’avons expliqué sigle laser et quand nous regardons autour de nous aujourd’hui, le laser est répandu dans un large éventail d’applications, mais sa création n’est pas loin. En 1960, Theodore H. Maiman, alors qu’il était aux laboratoires de recherche Hughes, a construit le premier laser.
« Bien que le terme LASER semble une expression saine, il s’agit en fait d’un acronyme pour « amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement »
Travail au laser :
Un laser typique se compose de 5 composants principaux, à savoir : le gain moyen, l’énergie de pompage du laser, le réflecteur élevé, le coupleur de sortie et le faisceau laser. Un milieu à gain est un matériau ayant tendance à amplifier la lumière avec une émission stimulée. Une lumière avec une longueur d’onde spécifique est amplifiée (augmente la puissance) lorsqu’elle passe à travers un milieu de gain.
Dans le travail au laser, le milieu de gain est alimenté en énergie pour amplifier la lumière à travers le processus connu sous le nom de pompage. L’énergie fournie est sous forme de courant électrique ou de lumière à une longueur d’onde variable. Une autre lampe laser ou flash fournit la lumière de la pompe.
Depuis la création du laser, il a été largement popularisé en raison de sa capacité à concentrer la puissance avec précision, en personnalisant les sources laser pour obtenir de larges applications laser et une vitesse de fonctionnement plus rapide.
Un laser typique utilise la rétroaction d’une paire de miroirs montés des deux côtés du milieu de gain ; souvent le système est appelé une cavité optique. Chaque fois que la lumière rebondit entre ces deux médiums, elle passe par le milieu de gain et s’amplifie à chaque fois tout au long du processus. L’un des deux miroirs qui agit comme un coupleur de sortie est translucide permettant à une partie de la lumière de s’échapper à travers le miroir. La cavité de conception détermine la forme des miroirs (plats ou courbes). La nature de la lumière, qu’elle soit divergente ou à faisceau étroit, dépend de la forme des miroirs. Ce dispositif d’amplification est plutôt connu sous le nom d’Oscillateur Laser.
Depuis la création du laser, il a été largement popularisé en raison de sa capacité à concentrer la puissance avec précision, en personnalisant les sources laser pour obtenir de larges applications laser et une vitesse de fonctionnement plus rapide. Il existe plusieurs types de laser qui ont un large éventail d’applications. Certains des types de lasers couramment utilisés dans l’industrie sont :
Types de lasers et ses applications :
1. Lasers à gaz
Lorsqu’un courant électrique est déchargé à travers un gaz pour produire une lumière cohérente, il forme un laser à gaz. Basés sur le principe de la conversion de l’énergie électrique en sortie de lumière laser, les lasers à gaz ont été les premiers lasers à lumière continue. L’histoire du premier laser à gaz remonte à 1960 lorsque le physicien irano-américain Ali Javan et le physicien américain William R. Bennet ont inventé le laser hélium-néon. (He-Ne). La plupart du temps, les lasers He-Ne, en raison de leur faible coût et de leur grande cohérence, sont utilisés dans les laboratoires de recherche optique et d’enseignement. Bien qu’ils aient la capacité d’émettre des centaines de watts en mode spatial unique, les lasers à dioxyde de carbone (CO2) sont utilisés dans les industries pour la découpe et le soudage.
L’histoire du premier laser à gaz remonte à 1960 lorsque le physicien irano-américain Ali Javan et le physicien américain William R. Bennet ont inventé le laser hélium-néon.
2. Lasers chimiques
Une grande quantité d’énergie rapidement libérée par des réactions chimiques construit des lasers chimiques. Avec sa tendance à libérer de l’énergie à haute puissance, il sert une application spéciale dans l’armée. Lorsque les lasers chimiques sont alimentés par des flux de gaz, cela a fait ses preuves dans les applications industrielles.
3. Lasers à excimères
Les excimères sont les molécules qui peuvent exister avec un atome dans un état électronique excité. Cette technologie laser utilise un laser à gaz spécial propulsé par une décharge électrique, où le milieu laser est un excimère ou un exciplex dans les conceptions modernes. Ces lasers fonctionnent à une longueur d’onde celle de l’ultraviolet et ont une application majeure en photolithographie et en chirurgie oculaire LASIK (laser in situ keratomileusis).
4. Lasers à semi-conducteurs
À l’état solide, le milieu de gain laser est solide contrairement au liquide dans les lasers à colorant et au gaz dans les lasers à gaz. Il utilise une tige de verre ou une tige cristalline qui est « dopée » avec des ions qui fournissent des états d’énergie. Les lasers à semi-conducteurs sont principalement utilisés pour le développement d’armes de défense.
5. Lasers à fibre
La réflexion interne totale dans les lasers à solide ou les amplificateurs laser est guidée dans une fibre optique monomode appelée Fiber Laser. Du fait que la lumière traverse des régions à gain long, elle fournit des conditions de refroidissement intenses. En raison du rapport surface/volume élevé, il assure un refroidissement efficace. Les lasers à fibre ont une application majeure dans l’industrie pour la découpe, le marquage, le soudage, le durcissement et le revêtement.
Sahajanad Laser Technology Limited, en Inde, a introduit les premiers systèmes de découpe et de marquage laser à fibre au monde . Le groupe SLTL a introduit cette technologie dans l’industrie afin de répondre aux exigences de haute qualité.
6. Lasers à cristaux photoniques
Les lasers basés sur des nanostructures qui fournissent le confinement de mode et la structure de densité d’état optique (DOS) nécessaires pour que la rétroaction ait lieu.
7. Lasers à colorant
Un autre type de lasers sont les lasers à colorant qui ont un colorant organique comme milieu de gain. Ces lasers sont hautement réglables (la longueur d’onde peut être modifiée). Bien que ces lasers soient des lasers à semi-conducteurs, les scientifiques ont également démontré la tenue de l’émission dans l’oscillateur dispersif incorporant un milieu de gain de colorant à l’état solide. Ces lasers sont utilisés pour l’astronomie (l’étude des étoiles guidée par laser), la spectroscopie, la séparation des isotopes de la vapeur atomique et bien d’autres.
8. Lasers à électrons libres
Les électrons libres, comme leur nom l’indique, ne sont pas liés à des états atomiques ou moléculaires, ils utilisent plutôt un faisceau d’électrons relativiste comme milieu laser. Ces lasers couvrent une large gamme de longueurs d’onde allant d’aussi petits que les micro-ondes à l’infrarouge aux rayons X mous. En raison de sa nature indépendante, ils ont la plus large gamme de longueurs d’onde possible.
Types d’opérations laser :
Il existe de nombreux types de lasers, comme mentionné ci-dessus, mais ils fonctionnent principalement sous deux formes différentes : le fonctionnement en onde continue et le fonctionnement pulsé.
Fonctionnement en onde continue :
Comme son nom l’indique, lorsque le faisceau transmet une puissance constante pendant un certain temps, on parle de fonctionnement en onde continue. Pour répondre à de nombreuses applications industrielles, certains lasers fonctionnent en onde continue. De nombreux lasers fonctionnent selon différents modes longitudinaux et battent à différentes fréquences graduelles pour produire des variations d’amplitude sur des échelles de temps inférieures à l’aller-retour, souvent inférieures aux nanosecondes. Ces lasers sont toujours considérés comme fonctionnant en onde continue car ils ont tendance à fournir une puissance de sortie constante sur une longue période de temps.
Fonctionnement pulsé :
Le laser à impulsions fonctionne différemment des opérations à ondes continues. Ces lasers fournissent une puissance optique en impulsions, répétées sur une période de temps. Ces lasers sont personnalisés pour des impulsions de sortie de puissance temporelles en fonction de ses applications. Cela englobe un très large éventail d’applications.
Le but de l’article était de développer une compréhension de base de la technologie laser. Ensuite, nous verrons ses applications dans différentes industries et comment la technologie laser impacte notre vie quotidienne.
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