Dlaczego lasery stosowane są w skoncentrowanym świetle zamiast niespójnych źródeł światła?

Niektóre zastosowania lasera polegają po prostu na skupieniu światła w małym miejscu. Dwa przykładowe zastosowania to spawanie laserowe i cięcie. W takich przypadkach często stosuje się laser CO _2, który wymaga regulowanego źródła zasilania, systemu chłodzenia wodą i zasilania gazem CO ₂ .

Dlaczego te aplikacje używają lasera zamiast prostszego (tj. Niespójnego) źródła światła, takiego jak lampa łukowa na prąd przemienny?

Istnieje wiele powodów, dla których wysoce monochromatyczne światło, takie jak emitowane przez laser, jest przydatne do dostarczania dużej ilości mocy do małego miejsca.

Przede wszystkim niespójne źródła światła, takie jak lampa, są rozszerzonymi źródłami, co oznacza, że ​​emitują one światło z kawałka materiału, który zajmuje skończoną ilość miejsca. Podczas ogniskowania tego światła do punktu ogniskowa jest ograniczona rozmiarem źródła pomnożonym przez powiększenie systemu obrazowania. Może to zabrzmieć jak niewielki efekt, ale jeśli chcesz skupić światło na rozmiarze plamki rzędu długości fali ( ), staje się to ważne. Z drugiej strony lasery działają jak prawdziwe źródła punktowe i mogą być obrazowane w celu znalezienia rozmiarów plamek mniejszych niż długość fali światła. $~1\ \mu\text{m}$

Drugim problemem niespójnych źródeł światła jest to, że generalnie emitują one światło we wszystkich kierunkach. Tak więc, nawet jeśli możesz wygenerować równoważną ilość mocy optycznej, znacznie trudniej jest zgromadzić to wszystko w skolimowanym źródle, które jest potrzebne przed skupieniem się na punkcie.

Ostatnią zaletą laserów jest ich monochromatyczność . Jest to przydatne, ponieważ długość fali można precyzyjnie dobrać do konkretnego zastosowania. Na przykład lasery CO ₂ emitują przy ; który jest dobrze wchłaniany w szerokiej gamie materiałów, ale nie tak dobrze w metalach. Lasery Nd: YAG i ich harmoniczne (trzy długości fal oznaczone na poniższym obrazie jako „lasery na ciele stałym”) są jednak dobrze absorbowane w metalach i mogą być stosowane do obróbki metali. W przypadku niespójnych źródeł światło jest emitowane w szerokim zakresie długości fal, które mogą wykazywać pożądane właściwości w materiale, który próbujesz przetworzyć.$10.6\ \mu\text{m}$

To tylko dodatek do odpowiedzi Chrisa Muellera.

Myśląc o laserach, zawsze myślisz o aperturze z dużą ilością luster, obiektywów i ogólnie optyki. Powiedzmy, że udało Ci się stworzyć skupioną wiązkę (szerokie spektrum) w jednym punkcie, teraz chcesz doprowadzić ją do punktu zastosowania. Przy szerokim spektrum nie zadziała dobrze, ponieważ wiązka straci ostrość dla różnych długości fal. podczas przechodzenia przez optykę.

Aby dać obraz zjawisk optycznych, spójrz na tę słynną okładkę albumu . Zauważysz, że wychodzące światło jest rozproszone (wzdłuż spektrum) i traci ostrość.

Możesz to zmienić, ale jest to niepraktyczne. Inne rozważania można znaleźć w odpowiedzi Chrisa Muellera.