Принсипи тавлиди лазерӣ

Чаро мо бояд принсипи лазерҳоро донем?

Донистани фарқиятҳои байни лазерҳои нимноқилҳои умумӣ, нахҳо, дискҳо валазерии YAGинчунин метавонад барои ба даст овардани фаҳмиши беҳтар ва иштирок дар мубоҳисаҳои бештар дар ҷараёни интихоб кӯмак кунад.

Дар макола асосан ба илмхои оммавй: мукаддимаи мухтасар бо принципи тавлиди лазер, сохтори асосии лазерхо ва якчанд намуди маъмули лазерхо бахшида шудааст.

Якум, принсипи тавлиди лазерӣ

Лазер тавассути таъсири мутақобилаи рӯшноӣ ва материя тавлид мешавад, ки ҳамчун тақвияти радиатсияи барангезанда маълум аст; Фаҳмидани тақвияти радиатсияи барангезанда фаҳмидани мафҳумҳои Эйнштейнро дар бораи партоби стихиявӣ, ҷабби ҳавасмандгардонӣ ва радиатсияи ҳавасмандкунанда ва инчунин баъзе асосҳои назариявии заруриро талаб мекунад.

Асоси назариявии 1: Модели Бор

Модели Бор асосан сохтори дохилии атомҳоро таъмин мекунад ва фаҳмидани он ки чӣ гуна лазерҳо ба амал меоянд, осон мекунад. Атом аз ядро ​​ва электронҳои берун аз ядро ​​иборат аст ва орбиталҳои электронҳо худсарона нестанд. Электронҳо танҳо орбиталҳои муайян доранд, ки дар байни онҳо орбитали ботинӣ ҳолати асосӣ номида мешавад; Агар электрон дар ҳолати заминӣ бошад, энергияи он пасттарин аст. Агар электрон аз мадор берун барояд, онро ҳолати якуми ба ҳаяҷонангез меноманд ва энергияи ҳолати аввали ба ҳаяҷономада аз ҳолати заминӣ зиёдтар хоҳад буд; Дигар мадор ҳолати дуюми ҳаяҷонбахш номида мешавад;

Сабаби пайдоиши лазер дар он аст, ки электронҳо дар ин модел дар мадорҳои гуногун ҳаракат мекунанд. Агар электронҳо энергияро ҷабб кунанд, онҳо метавонанд аз ҳолати заминӣ ба ҳолати ҳаяҷонбахш гузаранд; Агар электрон аз ҳолати ҳаяҷоншуда ба ҳолати заминӣ баргардад, он энергияро ҷудо мекунад, ки аксар вақт дар шакли лазер бароварда мешавад.

Асоси назариявии 2: Назарияи радиатсияи ангезандаи Эйнштейн

Соли 1917 Эйнштейн назарияи радиатсияи ангезандаро пешниҳод кард, ки он асоси назариявии лазерҳо ва истеҳсоли лазерӣ мебошад: ҷаббида ё баровардани материя аслан натиҷаи таъсири мутақобилаи майдони радиатсионӣ ва заррачаҳои модда ва ядрои он мебошад. моҳият ин гузариши зарраҳо дар байни сатҳҳои гуногуни энергия мебошад. Дар таъсири мутақобилаи рӯшноӣ ва материя се раванди гуногун вуҷуд дорад: партоби стихиявӣ, эмиссияи барангезанда ва азхудкунии ҳавасманд. Барои системае, ки миқдори зиёди зарраҳо дорад, ин се раванд ҳамеша бо ҳам вуҷуд доранд ва бо ҳам зич алоқаманданд.

Пардохти стихиявӣ:

Чи тавре ки дар расм нишон дода шудааст: электрон дар сатхи энергияи баланди Е2 ба таври стихиявй ба дарачаи кам энергияи Е1 мегузарад ва фотон бо энергияи hv ва hv=E2-E1 мебарорад; Ин раванди гузариш стихиявӣ ва ба ҳам алоқаманд нест, гузариши стихиявӣ ва мавҷҳои рӯшноӣ, ки дар натиҷаи гузаришҳои стихиявӣ паҳн мешаванд, радиатсияи стихиявӣ номида мешаванд.

Хусусиятҳои партобҳои стихиявӣ: Ҳар як фотон мустақил буда, самтҳо ва марҳилаҳои гуногун дорад ва вақти пайдоиш низ тасодуфӣ аст. Он ба нури номуайян ва хаотик тааллуқ дорад, ки нуре, ки лазер талаб намекунад. Аз ин рӯ, раванди тавлиди лазерӣ бояд ин навъи нури гумроҳро коҳиш диҳад. Ин инчунин яке аз сабабҳои дарозии мавҷи лазерҳои гуногун доштани нури гумроҳ аст. Агар хуб назорат карда шавад, таносуби партовҳои стихиявӣ дар лазерро нодида гирифтан мумкин аст. Дар поктар лазерӣ, ба монанди 1060 нм, он ҳама аст, 1060 нм, Ин навъи лазерӣ дорои суръати азхудкунии нисбатан устувор ва қудрат.

Азхудкунии ҳавасмандшуда:

Электронҳо дар сатҳҳои энергияи кам (орбиталҳои паст), пас аз азхудкунии фотонҳо ба сатҳҳои энергияи баланд (орбиталҳои баланд) мегузаранд ва ин равандро абсорбсияи ангезанда меноманд. Азхудкунии ҳавасмандкунанда муҳим аст ва яке аз равандҳои асосии обкашӣ мебошад. Сарчашмаи насоси лазер энергияи фотонро таъмин мекунад, то зарраҳо дар муҳити афзоянда гузаранд ва интизори радиатсияи ҳавасмандшуда дар сатҳҳои баландтари энергетикӣ ва паҳн кардани лазерро интизор шаванд.

Радиатсияи ангезанда:

Хангоми аз нури энергияи беруна шуоъшаванда (hv=E2-E1) электрон дар сатхи энергияи баланд аз фотони беруна ба хаячон меояд ва ба сатхи энергияи паст мепарад (орбитаи баланд ба мадори паст мегузарад). Дар айни замон, вай фотонеро мебарорад, ки комилан ба фотони беруна баробар аст. Ин раванд нури барангезандаи аслиро ҷабб намекунад, аз ин рӯ ду фотони якхела пайдо мешаванд, ки онҳоро метавон фаҳмид, ки электрон фотони қаблан ғарқшударо туф мекунад.

Пас аз равшан шудани назария, сохтани лазер хеле осон аст, чунон ки дар расми боло нишон дода шудааст: дар шароити муқаррарии устувории моддӣ аксарияти электронҳо дар ҳолати асосӣ, электронҳо дар ҳолати заминӣ ва лазер аз он вобаста аст. радиатсияи ҳавасмандкунанда. Аз ин рӯ, сохтори лазер аз он иборат аст, ки аввал азхудкунии ҳавасмандкунанда ба амал омада, электронҳоро ба сатҳи баланди энергетикӣ расонад ва сипас як ҳаяҷонро таъмин кунад, то шумораи зиёди электронҳои сатҳи баланди энергияро ба радиатсияи ҳавасмандкунӣ гузаронанд ва фотонҳоро озод кунанд, Аз ин, лазер сохтан мумкин аст. Минбаъд, мо сохтори лазериро муаррифӣ хоҳем кард.

Сохтори лазерӣ:

Сохтори лазерро бо шароитҳои тавлиди лазерии дар боло зикршуда як ба як мувофиқат кунед:

Ҳолати пайдоиш ва сохтори мувофиқ:

1. Муҳити афзоишёбанда мавҷуд аст, ки ҳамчун муҳити кории лазерӣ таъсири пурқувватро таъмин мекунад ва зарраҳои фаъолшудаи он дорои сохтори сатҳи энергетикӣ барои тавлиди радиатсияи барангезанда мебошанд (асосан қодиранд, ки электронҳоро ба орбиталҳои энергияи баланд интиқол диҳанд ва дар муддати муайян вуҷуд дошта бошанд. , ва он гоҳ фотонҳоро дар як нафас тавассути радиатсияи барангезанда озод мекунанд);

2. Манбаи берунии барангезиш (манбаи насос) мавҷуд аст, ки метавонад электронҳоро аз сатҳи поён ба сатҳи боло интиқол диҳад ва боиси инверсияи рақами зарраҳо дар байни сатҳҳои болоӣ ва поёнии лазер (яъне, вақте ки заррачаҳои энергияи баланд нисбат ба зарраҳои камэнергетикӣ), ба монанди лампаи ксенон дар лазерҳои YAG;

3. Як холигии резонанс мавҷуд аст, ки метавонад ба ларзиши лазерӣ ноил шавад, дарозии кории маводи кории лазериро зиёд кунад, режими мавҷи нурро экран кунад, самти паҳншавии чӯбро назорат кунад, басомади радиатсияи ҳавасмандкуниро интихобан афзоиш диҳад, то монохроматиро беҳтар кунад (таъмин кунад, ки лазер бо энергияи муайян бароварда мешавад).

Сохтори мувофиқ дар расми боло нишон дода шудааст, ки сохтори оддии лазери YAG мебошад. Сохторҳои дигар метавонанд мураккабтар бошанд, аммо аслӣ ин аст. Раванди тавлиди лазер дар расм нишон дода шудааст:

Таснифи лазерӣ: одатан аз рӯи миёнаравии фоида ё шакли энергияи лазерӣ тасниф карда мешавад

Ба даст овардани гурӯҳбандии миёна:

Лазери гази карбон: Миёнаи ба даст овардани лазерии гази карбон гелий ва астлазерӣ CO2,бо дарозии мавҷи лазерӣ 10,6um, ки яке аз аввалин маҳсулоти лазерӣ ба кор андохта мешавад. Кафшеркунии лазерии аввала асосан ба лазери гази карбон асос ёфтааст, ки дар айни замон асосан барои кафшер ва буридани маводи ғайриметаллӣ (матоъ, пластмасса, чӯб ва ғайра) истифода мешавад. Илова бар ин, он дар мошинҳои литография низ истифода мешавад. Лазери гази карбон наметавонад тавассути нахҳои оптикӣ интиқол дода шавад ва тавассути роҳҳои оптикии фазоӣ ҳаракат кунад, Аввалин Tongkuai нисбатан хуб иҷро карда шуд ва таҷҳизоти зиёди буридан истифода мешуд;

Лазери YAG (гранати алюминийи иттрий): Кристалҳои YAG, ки бо ионҳои металлии неодимӣ (Nd) ё yttrium (Yb) омехта шудаанд, ҳамчун миёнаравии лазерӣ бо дарозии мавҷи партови 1,06um истифода мешаванд. Лазери YAG метавонад импулсҳои баландтар барорад, аммо қувваи миёна паст аст ва қувваи қуллаи баланд метавонад аз қувваи миёна 15 маротиба зиёдтар бошад. Агар он асосан лазерии импульс бошад, баромади пайваста ба даст овардан мумкин нест; Аммо он метавонад тавассути нахҳои оптикӣ интиқол дода шавад ва дар айни замон, суръати азхудкунии маводи металлӣ меафзояд ва он дар маводҳои инъикоси баланд, аввал дар соҳаи 3C татбиқ карда мешавад;

Лазери нахи: Ҷараёни кунунӣ дар бозор нахи итербиумро ҳамчун миёна ба даст меорад, ки дарозии мавҷи 1060 нм мебошад. Он минбаъд аз рӯи шакли миёна ба лазерҳои нах ва диск тақсим карда мешавад; Нахи оптикӣ IPG-ро, дар ҳоле ки диск Тонгкуайро намояндагӣ мекунад.

Лазери нимноқил: Муҳити афзоиш як пайванди нимноқилҳои PN мебошад ва дарозии мавҷи лазери нимноқил асосан дар 976 нм аст. Дар айни замон, лазерҳои нимноқилҳои наздик-инфрасурх асосан барои пӯшиш истифода мешаванд, ки нуқтаҳои рӯшноӣ аз 600um боло мебошанд. Laserline як ширкати намояндагии лазерҳои нимноқилӣ мебошад.

Аз рӯи шакли амали энергетикӣ тасниф карда мешаванд: лазери импулси (PULSE), лазери квази пайваста (QCW), лазери доимӣ (CW)

Лазери набзӣ: наносония, пикосония, фемтосония, ин лазери набзи баландбасомад (нс, паҳнои набз) аксар вақт метавонад ба энергияи баланд, коркарди басомади баланд (MHZ) ноил шавад, ки барои коркарди мисҳои тунук ва алюминийи маводи ба ҳам монанд, инчунин тозакунии бештар истифода мешавад. . Бо истифода аз энергияи баланд, он метавонад маводи асосиро зуд гудохта, вақти ками амал ва минтақаи хурди гармии осебдидаро об кунад. Он дар коркарди маводи ултра борик бартариҳо дорад (аз 0,5 мм камтар);

Квази лазерии доимӣ (QCW): Аз сабаби суръати баланди такрорӣ ва давраи пасти вазифа (зери 50%), паҳнои набзиЛазери QCWба 50 us-50 ms мерасад, фосилаи байни лазери нахи доимии киловатт ва лазери набзи Q-гузаришро пур мекунад; Қувваи қуллаи як лазери квази пайвастаи нахи метавонад дар ҳолати кори доимӣ аз қувваи миёна 10 маротиба зиёдтар бошад. Лазерҳои QCW одатан ду режим доранд, яке кафшери доимӣ бо қувваи кам ва дигаре кафшери лазерии импулсӣ бо қудрати қуллаи 10 маротиба аз қувваи миёна, ки метавонад ба маводи ғафс ва кафшери гармии бештар ноил шавад ва инчунин гармиро дар дохили як доираи хеле хурд;

Лазери доимӣ (CW): Ин маъмултарин истифода мешавад ва аксари лазерҳои дар бозор дидашуда лазерҳои CW мебошанд, ки пайваста лазерро барои коркарди кафшер мебароранд. Лазерҳои нахи аз рӯи диаметрҳои аслӣ ва сифатҳои чӯб ба лазерҳои якмоҳавӣ ва бисёрҷониба тақсим мешаванд ва онҳоро ба сенарияҳои гуногуни татбиқ мутобиқ кардан мумкин аст.