Main Types of Lasers How are Lasers Classified?

Si elige un láser para una tarea específica, es fundamental comprender los principales tipos de láser. Cada tipo de láser está diseñado con una estructura específica, longitud de onda, modo de salida y principio de funcionamiento. Estas diferencias hacen que cada láser sea adecuado para ciertas aplicaciones, pero no para otras.

Esta guía explica las principales clasificaciones del láser, incluida la potencia de salida, el modo de salida, la longitud de onda, el medio de ganancia, el método de bombeo y la técnica de generación de pulsos. Al comprender estas categorías, puede evaluar mejor qué fuente de láser es adecuada para sus materiales, aplicaciones y objetivos de procesamiento.

1. láseres clasificados por potencia de salida

Una de las formas más sencillas de clasificar los láseres es por la potencia de salida. La potencia de salida afecta directamente lo que puede hacer un láser, desde la simple alineación y escaneo hasta el grabado, corte, soldadura y producción industrial a gran escala.

Esto está estrechamente relacionado con las necesidades de aplicación. Algunos láseres están diseñados para uso de consumo o medición, mientras que otros están diseñados para talleres profesionales o fabricación a escala industrial. Si desea comprender cómo la energía afecta el procesamiento de materiales, también puede leer esta guía enCómo configurar la potencia del láser.

Generalmente, los láseres caen en tres categorías principales de potencia.

1,1 Láseres de baja potencia

Los láseres de baja potencia operan en el rango de milivatios. Normalmente se utilizan en aplicaciones no industriales, como punteros láser, escáneres de códigos de barras, herramientas de alineación, sistemas de medición y transmisión óptica de datos.

Estos láseres no están diseñados para eliminar material, cortar o grabar. Su principal valor radica en la visibilidad, la alineación, la comunicación y la detección.

1,2 Láseres de potencia media

Los láseres de potencia media generalmente varían de decenas a cientos de vatios. Son comunes en entornos comerciales e industriales ligeros y son adecuados para grabado láser, marcado de plástico, corte de láminas delgadas, procedimientos cosméticos y aplicaciones similares.

Muchas máquinas láser de escritorio y de taller entran en esta categoría, especialmente los cortadores y grabadores láser de CO2 utilizados para madera, acrílico, cuero, papel, caucho y otros materiales no metálicos.

1,3 Láseres de alta potencia

Los láseres de alta potencia suelen comenzar a 1 kilovatio y más. Estos sistemas están diseñados para procesos industriales como corte de metales gruesos, soldadura de alta velocidad, endurecimiento de superficies y revestimiento láser.

Debido a su salida de alta energía, a menudo requieren enfriamiento avanzado, diseño del recinto, ySistemas de seguridad láser. Se utilizan principalmente en líneas de fabricación y fabricación a gran escala.

Tabla 1: Comparación de tipos de láser por potencia de salida.

2. láseres clasificados por modo de salida

Los láseres también se pueden clasificar por la forma en que entregan energía a lo largo del tiempo. Algunos láseres emiten un haz constante, mientras que otros emiten energía en pulsos. El modo de salida influye fuertemente en la transferencia de calor, la calidad del proceso, la precisión y el impacto térmico.

Los modos de salida más comunes son onda continua, onda cuasi continua y operación pulsada. Para una explicación más profunda, vea esta guía deLáseres CW, pulsados y QCW.

2,1 Láseres de onda continua

Los láseres de onda continua, a menudo llamados láseres CW, emiten un haz de luz constante e ininterrumpido a un nivel de potencia estable. Son ideales para aplicaciones que requieren un suministro de energía uniforme a lo largo del tiempo, como el corte continuo, la soldadura y la comunicación óptica.

Debido a que el haz es continuo, los láseres CW son especialmente útiles cuando se necesita una entrada de calor estable. Sin embargo, si no se controlan adecuadamente, pueden crear zonas afectadas por el calor más grandes que los láseres de pulso corto.

2,2 Láseres de onda cuasi continua

Los láseres de onda cuasi continua, o láseres QCW, funcionan de manera pulsada, pero con duraciones de pulso lo suficientemente largas para que el láser se acerque al comportamiento óptico de estado estacionario mientras reduce la carga térmica.

Este modo se utiliza en ciertos sistemas láser de estado sólido y bombeados por diodos. Ofrece un equilibrio práctico entre la potencia máxima y la gestión térmica, lo que lo hace útil para aplicaciones seleccionadas de soldadura, perforación y procesamiento de precisión.

2,3 Láseres pulsados

Los láseres pulsados emiten ráfagas de luz en lugar de una corriente continua. Estos pulsos pueden alcanzar una potencia máxima extremadamente alta, lo que permite una ablación precisa, microperforación y marcado con zonas reducidas afectadas por el calor.

Los láseres pulsados se pueden dividir aún más por la duración del pulso:

• Láseres de nanosegundos: a menudo generados por Q-switching y ampliamente utilizados en marcado, ablación y micromecanizado.
• Láseres pulsados de microsegundos a milisegundos: se utilizan cuando se requiere una mayor energía de pulso o una interacción térmica diferente.
• Láseres ultrarapidos: láseres de picosegundos y femtosegundos, generalmente generados por bloqueo de modo, utilizados para el procesamiento de alta precisión con zonas mínimas afectadas por el calor.

Leer más:Revisión de la ablación y corte por láser de obleas de Si.

3. lasers clasificados por longitud de onda de funcionamiento

Los láseres emiten luz en longitudes de onda específicas, típicamente medidas en nanómetros o micrómetros. La longitud de onda afecta la forma en que un láser interactúa con los materiales porque diferentes materiales absorben diferentes longitudes de onda con diferentes eficiencias.

La longitud de onda también determina el color visible del haz cuando la longitud de onda cae dentro del espectro visible. Para obtener una descripción detallada, consulte esta guía sobreQué es la longitud de onda del láser.

3,1 Láseres ultravioletas

Los láseres ultravioletas, a menudo alrededor de 355 nm, son invisibles para el ojo humano y proporcionan longitudes de onda muy cortas para el procesamiento de bajo impacto térmico. Son adecuados para aplicaciones de procesamiento en frío, con zonas afectadas por el calor reducidas y alta precisión en materiales delicados como vidrio, semiconductores, plásticos y componentes electrónicos.

Las aplicaciones comunes incluyen marcado electrónico, marcado de dispositivos médicos, micromecanizado y marcado de plástico fino. Si está comparando opciones de marcado, esta guíaLáseres de fibra frente a láseres UVPuede ayudar a explicar la diferencia.

3,2 Láseres visibles

Los láseres visibles operan aproximadamente dentro del rango de 400-700 nm e incluyen láseres azules, verdes y rojos. Debido a que se pueden ver a simple vista, son útiles para alineación, sistemas de punteros y tareas de grabado especializadas, especialmente en materiales que reflejan mal el infrarrojo pero absorben la luz visible de manera más efectiva.

• Láseres azules, alrededor de 450 nm: adecuados para el grabado fino y el procesamiento de metales reflectantes seleccionados.
• Láseres verdes, alrededor de 532 nm: se utilizan para marcar ciertos plásticos o metales que reflejan mal el infrarrojo.
• Láseres rojos, alrededor de 632,8 nm: comunes en punteros láser, herramientas de medición y sistemas de alineación.

3,3 Láser infrarrojo cercano e infrarrojo

Los láseres de infrarrojo cercano e infrarrojo generalmente abarcan desde aproximadamente 808 nm hasta 10,6 µm y representan la mayoría de los sistemas láser industriales. Aunque estas longitudes de onda generalmente son invisibles para el ojo humano, son altamente efectivas para cortar, marcar, soldar y grabar en una amplia gama de metales y materiales no metálicos.

Los láseres de fibra y los láseres de estado sólido como Nd:YAG generalmente operan en el rango infrarrojo cercano alrededor de 1064 nm, donde muchos metales absorben energía de manera eficiente. Esto los hace adecuados para el corte de metales, marcado y soldadura.

Por el contrario, los láseres de CO2 operan a 10,6 µm en el rango infrarrojo y son fuertemente absorbidos por materiales orgánicos y no metálicos como madera, acrílico, tela, papel, cuero, caucho y vidrio. Por esta razón, son ampliamente utilizados para corte y grabado no metálico.

Comparación rápida: láser de fibra frente a láser de CO2

Los láseres de fibra generalmente operan alrededor de 1064 nm, lo que los hace altamente efectivos para cortar, marcar y soldar metales. Ofrecen alta eficiencia, bajo mantenimiento y excelente calidad de haz, por lo que son ampliamente utilizados en las industrias modernas de procesamiento de metales.

Los láseres de CO2 operan a 10,6 µm y generalmente son más adecuados para materiales no metálicos como madera, acrílico, cuero, tela, papel y vidrio. Sigue siendo una opción popular para grabar y cortar materiales orgánicos en señalización, embalaje, artesanía y fabricación no metálica.

3,4 Láseres sintonizable

Los láseres sintonizables pueden ajustar su longitud de onda de salida en un rango espectral continuo o discreto, lo que los hace especialmente útiles en aplicaciones científicas y de investigación. En lugar de limitarse a una sola longitud de onda, estos sistemas permiten a los usuarios seleccionar la longitud de onda más adecuada para diferentes materiales o necesidades de medición.

Tabla 2: Comparación de tipos de láser por longitud de onda operativa.

4. láseres clasificados por medio de ganancia

Una de las formas más fundamentales de clasificar los láseres es por medio de ganancia. El medio de ganancia es el material responsable de amplificar la luz a través de la emisión estimulada. Determina en gran medida la longitud de onda de un láser, la capacidad de potencia, la eficiencia y la idoneidad de la aplicación.

Si desea una introducción más amplia, también puede leer esto.Descripción general de la fuente láser.

4,1 Láseres de gas

Los láseres de gas utilizan gases como CO2, He-Ne y N2 como medio de ganancia. Por lo general, ofrecen una calidad de haz estable y pueden operar en rangos visibles o infrarrojos a niveles de potencia bajos a medios.

Las aplicaciones comunes incluyen el corte y grabado no metálico con láseres de CO2, así como la alineación, la metrología y la investigación con láseres He-Ne.

4,2 Láseres de estado sólido

Los láseres de estado sólido utilizan cristales o vidrio dopado, como Nd:YAG o rubí. Son conocidos por su alta potencia, buena eficiencia y fuerte calidad del haz, lo que los hace adecuados para marcado, soldadura, procedimientos médicos y tratamientos cosméticos.

4,3 Láseres de fibra

Los láseres de fibra utilizan fibras ópticas dopadas con tierras raras, como la fibra dopada con iterbio, erbio o tidio. Son compactos, eficientes y conocidos por su excelente calidad de haz, lo que los hace altamente efectivos para cortar metales, marcar, soldar y telecomunicaciones.

Para usuarios enfocados en marcado de metal, esta guíaMejor máquina láser de fibraTambién puede ser útil.

4,4 Láseres de diodo

Los láseres de diodo utilizan materiales semiconductores como GaAs o GaN. Son compactos, altamente eficientes y pueden ajustarse y modularse electrónicamente, por lo que se usan ampliamente en impresoras láser, escáneres de códigos de barras y sistemas de comunicación de fibra.

En aplicaciones de fabricante y grabado, los láseres de diodo a menudo se comparan con los láseres de CO2. Puedes aprender más en esta guía paraLáseres CO2 vs. láseres de diodo.

4,5 Láseres de tinte

Los láseres de tinte utilizan tintes orgánicos líquidos como medio de ganancia. Su principal ventaja es la amplia sintonización de la longitud de onda combinada con anchos de línea estrechos, lo que los hace valiosos en la investigación científica, la espectroscopia y las aplicaciones de fluorescencia.

Tabla 3: Cómo el medio de ganancia clasifica los láseres.

Cada tipo de medio de ganancia aporta características ópticas únicas y ventajas operativas. Comprender el material central detrás de un sistema láser ayuda a determinar su caso de uso ideal.

Aprenda más:Medio láser activo-Wikipedia.

5. láseres clasificados por método de bombeo

Para producir luz láser, el medio de ganancia primero debe ser bombeado o excitado a un estado de mayor energía. El método de excitación, conocido como mecanismo de bombeo láser, varía según el tipo de láser y su aplicación prevista.

5,1 Bombeo eléctrico

En el bombeo eléctrico, la energía eléctrica se utiliza para excitar átomos o moléculas en el medio de ganancia.

• Los láseres de gas como el CO2 y el He-Ne pueden excitarse a través de la radiofrecuencia, la descarga de CC o la descarga de arco.
• Los láseres semiconductores son bombeados por inyección directa de corriente eléctrica a través de una unión PN.

5,2 Bombeo óptico

El bombeo óptico utiliza fuentes de luz externas, típicamente lámparas de destellos u otros láseres, para excitar el medio de ganancia.

• Los primeros láseres de estado sólido, como los láseres de rubí y los láseres Nd:YAG, eran comúnmente bombeados con lámpara de destellos.
• Algunos láseres de tinte sintonizables también se bombean ópticamente.

5,3 Bombeo de diodos

En láseres bombeados por diodos, los diodos láser actúan como fuente de bombeo para otro medio de ganancia, como Nd:YAG o fibra dopada con yterbio. Este método mejora la eficiencia, la compacidad y la gestión térmica en comparación con el bombeo con lámpara de destellos.

5,4 Bombeo químico

En los láseres químicos, las reacciones químicas exotérmicas proporcionan la energía necesaria para excitar el medio de ganancia. Un ejemplo es el láser químico oxígeno-yodo, también conocido como bobina.

5,5 Bombeo de haz de electrones

En sistemas especializados, los haces de electrones de alta energía se utilizan para excitar el medio de ganancia. Este enfoque se encuentra típicamente en los láseres de rayos X y láseres de electrones libres utilizados para la investigación.

Aprenda más:Bombeo láser-Wikipedia.

6. láseres clasificados por técnicas de generación de pulso

Más allá de los modos básicos de salida, como la CW y la operación pulsada, los láseres también se pueden distinguir por la forma en que se generan, configuran o controlan los pulsos. Estas técnicas incluyen conmutación Q, arquitecturas MOPA, bloqueo de modo y ajuste de longitud de onda.

6,1 Láseres de conmutación Q

La conmutación Q se logra introduciendo un atenuador variable dentro del resonador óptico del láser. Esto permite que el sistema almacene energía y luego la libere en un pulso muy corto e intenso.

Los láseres Q-switched generalmente producen pulsos de nanosegundos con alta potencia máxima y se usan ampliamente en el marcado de metales, la rotura de vidrios y la microperforación. Su principal ventaja es la capacidad de administrar pulsos cortos e intensos que son adecuados para la ablación del material.

6,2 Láseres MOPA

MOPA son las siglas de Master Oscillator Power Amplifier. Los sistemas MOPA amplifican un pulso semilla generado por un oscilador maestro usando un amplificador de potencia. Ofrecen anchos de pulso ajustables, típicamente de decenas a cientos de nanosegundos, junto con frecuencia sintonizable.

Estos sistemas se usan comúnmente para marcado de alto contraste, grabado de plástico y ablación de película delgada. Su ventaja clave es un excelente control sobre la forma y la duración del pulso.

6,3 Láseres Mode-Locked

Los láseres de modo bloqueado fijan la relación de fase entre los modos longitudinales en la cavidad para generar pulsos ultracortos. Por lo general, producen pulsos de picosegundos a femtosegundos y se utilizan en micromecanizado, imágenes médicas y espectroscopia.

Su principal ventaja es la generación de pulsos ultrarrápido para una precisión extremadamente alta.

6,4 Sistemas de Pulso Sintonizable

Los sistemas sintonizable modifican las propiedades de la cavidad para cambiar la longitud de onda de salida. Sus características de pulso varían dependiendo del diseño del sistema, pero son especialmente útiles en espectroscopia, tomografía de coherencia óptica y telecomunicaciones.

Su principal fortaleza es el escaneo de longitud de onda y la flexibilidad espectral.

Tabla 4: Cómo se clasifican los láseres por técnica de generación de pulsos.

7. Conclusión

La clasificación del láser no se basa en una sola dimensión. Es un sistema de criterios múltiples enraizado en principios físicos y diseño de ingeniería. Los láseres se pueden clasificar por potencia de salida, modo de salida, longitud de onda de funcionamiento, medio de ganancia, método de bombeo y técnica de generación de pulsos.

Esta estructura multidimensional refleja no solo cómo funcionan los láseres, sino también cómo se optimizan para escenarios industriales, médicos y científicos específicos. En este sentido, la clasificación láser sirve como un mapa de navegación, ayudando a ingenieros, investigadores y usuarios finales a identificar la tecnología láser más adecuada para sus objetivos.

Cuanto más compleja y multidisciplinaria sea la tarea, más importante será comprender cómo funcionan los diferentes tipos de láser. Para un procesamiento práctico de materiales, la elección correcta del láser siempre debe considerar el tipo de material, la longitud de onda, la potencia, el modo de salida, el objetivo de la aplicación y los requisitos de seguridad.