Il y a plusieurs types de technologies laser disponibles sur le marché.
Les lasers se distinguent les uns des autres par leur milieu de gain et leur architecture, qui affectent leurs propriétés optiques.
L’effet du laser peut s’opérer dans différents milieux de gain comme le gaz, le verre ou le cristal, les liquides, la fibre semi-conductrice ou optique. Chaque milieu de gain a sa propre émission de longueur d’onde et bande d’absorption qui vont choisir la longueur d’onde du rayon laser généré.
Par ailleurs, les lasers industriels peuvent être opérés en régime continu (CW) ou à impulsion. Le régime est choisi en fonction de l’application (marquage, découpe, soudage) et des matériaux (métaux, plastiques, organiques).
Lasers à Fibre
Les lasers à fibre sont ceux où le milieu de gain est une fibre optique dopée à des ions terrestres rares comme l’ytterbium et l’erbium. Ils sont pompés par des diodes laser semi-conductrices. La cavité du laser à fibre est construite monolithiquement par l’épissage fusion de différents types de fibres et de grilles de fibre Bragg (qui agissent comme un miroir) pour fournir un feedback optique directement dans les fibres. Les coupleurs optiques sont utilisés pour construire des lasers à fibre entièrement intégrés ou des systèmes d’amplification qui permettent d’augmenter les performances du laser. Les lasers disponibles sur le marché opérant en mode continu ou modulé ont une puissance qui va de 10 mW à 50 kW avec un rendement de prise de mural plus grand que 30%.
Les lasers à fibre sont essentiellement plus petits et légers que les lasers traditionnels, ces caractéristiques facilitant l’intégration des lasers à fibre dans les lignes de production. Ils jouissent aussi d’une excellente qualité de rayon pour le traitement des matériaux.
Les lasers à fibre les plus répandus sont faits de fibre de verre de silice et émettent des longueurs d’onde de 1064 nm (traitement des matériaux dopé au Yb) et 1550 nm (dopé à l’Er, télécommunications). Les lasers haute puissance à impulsion et les lasers à fibre CW à 1064 nm sont utilisés à travers le monde pour le traitement des matériaux comme le métal (incluant la découpe de feuilles épaisses). L’autre application principale des lasers à fibre est liée aux télécommunications. Bien que très efficaces sur le métal, les lasers à fibre ont peu d’effet sur la plupart des plastiques et des matériaux organiques en raison de l’absence d’absorption des longueurs d’onde émises.
Lasers excimères/UV
Les lasers excimères sont des lasers à gaz à impulsion qui utilisent un mélange de gaz pour générer une émission laser. L’excitation du mélange de gaz est généralement fournie par une décharge électrique rapide d’une durée de quelques dizaines de nanosecondes. La formation de courte durée d’une molécule excitée permet à l’action laser de s’opérer en raison de la désexcitation des espèces.
La longueur d’onde émise dépend du mélange de gaz rares et halogènes, le mélange le plus souvent utilisé étant le ArF avec une émission de longueur d’onde de 193 nm, le KrF à 248 nm, le XeCl à 308 nm et le XeF à 351 nm. Les bénéfices de ces lasers sont relatifs au fait que la lumière UV a une forte absorption matérielle et permet une haute résolution. Néanmoins, le coût d’achat et d’entretien des lasers excimères est élevé.
Nd: Lasers YAG
Le laser Nd:YAG est un laser à état solide. Son action laser est développée dans le cristal YAG (Yttrium Aluminium Garnet), l’hôte pour l’ion Nd3+. Il repose sur un système à quatre niveaux du changement de niveau de l’énergie de l’électron au sein de l’ion. Les lasers Nd:YAG sont pompés par des lampes ou des lasers diodes émettant principalement à 810 nm. Ces lasers peuvent produire une puissance élevée dans le proche infrarouge, avec une longueur d’onde de 1064nm.
Ces lasers sont utilisés pour la découpe, le soudage et le marquage de métaux et autres matériaux. Ils sont fréquemment doublés, triplés ou quadruplés pour produire respectivement des rayons 532 nm (verts, visibles), 355 nm et 266 (UV). De plus, d’autres lasers à état solides avec des dopants, comme l’ytterbium, l’holmium, l’erbium ou d’autres associations matérielles comme le titane-saphir sont disponibles sur le marché.
Lasers CO2
Depuis la découverte des lasers, les lasers CO2 ont été les plus employés dans l’industrie du traitement de matériaux. L’émission de lasers de dioxyde de carbone est produite par une décharge électrique maintenue dans un mélange de gaz de dioxyde de carbone, de nitrogène et d’hélium. La longueur d’onde classique de l’émission se retrouve dans l’infrarouge -- autour de 10.6 μm --, mais des longueurs d’onde inférieures sont désormais utilisées pour traiter certains types de polymères.
Les lasers CO2 offrent une moyenne de puissance élevée; de quelques watts à 50 kW. Les lasers CO2 sont utilisés dans l’industrie de l’automobile et dans d’autres secteurs de la fabrication de pièces d’acier. Le laser CO2 est aussi un outil idéal pour le marquage industriel, le recuit, la gravure ou le soudage de métaux, plastiques et bois. Si ces lasers jouissent d’une excellente qualité de rayon, ils offrent une efficacité de conversion électrique à optique beaucoup faible (<10%), ce qui conduit à des coûts d’opération plus élevés que pour le laser à fibre.