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.
