Лазеры, используемые в формных процессах

С момента первого использования до настоящего времени в форм­ных процессах находят практическое применение следующие типы лазеров: газовые, твердотельные и полупроводниковые.

Газовые лазеры. Активной средой таких лазеров является газ или смесь газов. В формных процессах применяются гелий-неоновый, ион-аргоновый лазеры и лазер на двуокиси углерода (ла­зер на СО₂). Они генерируют излучение в видимом и ИК-спектральных диапазонах длин волн.

Гелий-неоновые лазеры (красные лазеры) с λ = 633 нм характе­ризуются стабильностью параметров, устойчивостью к внешним воздействиям и мощностью излучения не более 100 мВт.

Ион-аргоновые (синие) лазеры генерируют излучение с λ = 488 нм. Средняя мощность этих лазеров составляет 500 мВт.

Лазеры на СО₂ генерируют излучение с λ = 10600 нм мощностью от нескольких десятков ватт (в непрерывном режиме работы) до не­скольких мегаватт (в импульсном режиме).

Твердотельные лазеры. В твердотельных лазерах активной сре­дой является кристаллический или аморфный диэлектрик, в который введены ионы редкоземельных элементов. В формных процессах используют твердотельные лазеры на основе кристаллов иттрий-алюминиевого граната с примесью, например, неодима (Nd). Твердотельные лазеры генерируют излучение в ИК-диапазоне длин волн. Эти лазеры можно использовать с оптическими сис­темами удвоения и утроения пространственной частоты, что позволяет получать излучение как в видимой, так и УФ-областях спектра. Твердотельные лазеры обеспечивают возможность получения значительной мощности излучения (от нескольких мВт до нескольких кВт).

Различают твердотельные лазеры с ламповой или полупроводниковой (диодной) накачкой. Лазеры с ламповой накачкой имеют невысокий КПД и требуют использования внешнего водяного охлаждения. Твердотельные лазеры с полупроводниковой накачкой имеют более высокий КПД и при их использовании можно достичь рачительной мощности излучения при высоком качестве лазерно­го пятна.

Среди лазеров с полупроводниковой накачкой наиболее широко применяются в последнее время волоконные лазеры. В них в качест­ве накачки также используются лазерные диоды, а активной средой является сердцевина волокна, легированная, например, иттербием (Yb). К достоинствам этого типа лазеров относится также большая глубина резкости (она составляет 250-400 мкм, в то время как у твердотельных лазеров – 100-150 мкм), что особенно важно для многолучевых оптических систем.

Полупроводниковые лазеры (лазерные диоды). В лазерах этого типа активной средой является полупроводниковый кристалл, на­пример, арсенид галлия (GaAs). К достоинствам таких лазеров сле­дует отнести небольшие габариты и малую потребляемую мощность. Кроме того, эти лазеры не требуют применения внешнего охлажде­ния. В зависимости от состава активной среды они могут давать из­лучение в видимом и коротковолновом ИК-диапазонах длин волн с λ= 405 нм, 670 нм, 830 нм, их часто в практике называются фиоле­товыми, красными и ИК-лазерными диодами. Мощность лазерных диодов составляет 1-2 Вт. Для достижения большей производитель­ности их часто объединяют в линейки лазерных диодов.

Требования к лазерам, используемым в формных процессах

Требования, предъявляемые к лазерам, используемым в качестве ин­струмента для поэлементной записи информации на формные материалы, определяются теми функциями, которые лазер выполняет в цифровой технологии: осуществляет гравирование, реализует лазер­ное воздействие или обеспечивает термоперенос. Выполнение ука­занных функций обеспечивается выбором лазера с соответствующи­ми параметрами. Значимость того или иного параметра определяется конкретной цифровой технологией, а необходимые ве­личины этих параметров зависят от типа используемого в техноло­гии формного материала. Так, при использовании лазеров для грави­рования наиболее важным является требование к его мощности, поскольку процесс лазерного гравирования требует больших затрат энергии. Требования к мощности лазеров при записи информации путем лазерного воздействия и в результате термопереноса зависят от энергетической чувствительности приемных слоев формных ма­териалов и могут отличаться для слоев различных типов. Сущест­венным для всех цифровых технологий формных процессов являют­ся требования к пространственным параметрам излучения лазеров, так как они определяют размеры и качество сформированных при записи элементов изображения, т. е. репродукционно-графические показатели печатных форм. Не менее важным является требование к спектральным характеристикам излучения лазера. При его опти­мальном согласовании со спектральной чувствительностью прием­ного слоя обеспечивается высокая актиничность действия излучения и, как следствие, сокращение времени записи информации.

Определяя требования к параметрам лазеров необходимо учиты­вать, что их стабилизация имеет решающее значение при записи ин­формации на формные материалы. Немаловажными являются также требования к эксплуатационным показателям лазеров, которые ха­рактеризуют их технико-экономические возможности и определяют целесообразность применения для записи информации в цифровых формных процессах.

Основная литература: (2 [215-226])

Дополнительная литература: (5, 6, 7)

Контрольные вопросы:

1. Какие преимущества имеют цифровые технологии формных

процессов?

2. Виды цифровых технологий формных процессов.

3. Лазерная запись информации на формные материалы.

4. Лазеры в формных процессах.

5. Требования к лазерам, используемым в формных процессах.