Ни өчен безгә лазер принцибын белергә кирәк?
Гомуми ярымүткәргеч лазерлар, җепселләр, дисклар арасындагы аерманы белүЯГ лазершулай ук яхшырак аңларга һәм сайлау процессында күбрәк дискуссияләрдә катнашырга булыша ала.
Мәкәлә нигездә популяр фәнгә юнәлтелгән: лазер җитештерү принцибы белән кыскача таныштыру, лазерларның төп структурасы һәм лазерларның берничә төре.
Беренчедән, лазер ясау принцибы
Лазер яктылык белән матдәнең үзара тәэсире аркасында барлыкка килә, стимуллаштырылган нурланыш көчәйтү дип атала; Стимуллаштырылган нурланыш көчәйтүен аңлау Эйнштейнның үз-үзеннән эмиссия, стимуллаштырылган үзләштерү һәм стимуллаштырылган нурланыш төшенчәләрен, шулай ук кайбер теоретик нигезләрне аңлау таләп итә.
Теоретик нигезләр 1: Бор моделе
Бор моделе, нигездә, атомнарның эчке төзелешен тәэмин итә, лазерларның ничек килеп чыкканын аңлау җиңел итә. Атом ядродан һәм электроннан тора, һәм электрон орбиталлары үзенчәлекле түгел. Электроннарның кайбер орбиталлары гына бар, алар арасында эчке орбитал җир торышы дип атала; Әгәр электрон җир хәлендә булса, аның энергиясе иң түбән. Әгәр дә электрон орбитадан сикерсә, ул беренче дулкынланган хәл дип атала, һәм беренче дулкынланган дәүләтнең энергиясе җир торышына караганда югарырак булачак; Тагын бер орбита икенче дулкынланган хәл дип атала;
Лазер барлыкка килүенең сәбәбе - электроннар бу модельдә төрле орбиталарда хәрәкәт итәләр. Әгәр электроннар энергияне үзләштерсәләр, алар җир хәленнән дулкынланган хәлгә йөгерә алалар; Әгәр дә электрон дулкынланган хәлдән җир хәленә кайтса, ул еш кына лазер рәвешендә чыгарыла торган энергия җибәрәчәк.
Теоретик нигез 2: Эйнштейнның стимуллаштырылган нурланыш теориясе
1917-нче елда Эйнштейн стимуллаштырылган нурланыш теориясен тәкъдим итте, ул лазер һәм лазер җитештерүнең теоретик нигезе: матдәнең үзләштерүе яки чыгарылуы асылда нурланыш кыры һәм матдәне тәшкил иткән кисәкчәләр арасындагы тәэсир нәтиҗәсе. асылы - төрле энергия дәрәҗәләре арасында кисәкчәләрнең күчүе. Яктылык һәм матдә арасындагы үзара бәйләнештә өч төрле процесс бар: үз-үзеннән эмиссия, стимуллаштырылган эмиссия һәм стимуллаштырылган үзләштерү. Күп санлы кисәкчәләр булган система өчен бу өч процесс һәрвакыт бергә яши һәм тыгыз бәйләнештә.
Ontз-үзеннән чыгару:
Рәсемдә күрсәтелгәнчә: E2 югары энергия дәрәҗәсендәге электрон үзеннән-үзе түбән энергия дәрәҗәсенә күчә һәм hv энергиясе белән фотон чыгара, hv = E2-E1; Бу үз-үзеннән һәм бәйләнешсез күчү процессы үз-үзеннән күчү дип атала, һәм үз-үзеннән күчү аркасында чыккан яктылык дулкыннары үз-үзеннән нурланыш дип атала.
Ontз-үзеннән чыгарылуның характеристикалары: Photәр фотон мөстәкыйль, төрле юнәлешләр һәм этаплар белән, һәм килеп чыгу вакыты да очраклы. Ул бер-берсенә туры килмәгән һәм хаотик яктылыкка керә, бу лазер таләп иткән яктылык түгел. Шуңа күрә лазер җитештерү процессы бу төр адашкан яктылыкны киметергә тиеш. Бу шулай ук төрле лазерларның дулкын озынлыгының адашу сәбәпләренең берсе. Яхшы контрольдә тотылса, лазердагы үз-үзеннән чыгарылу өлешен санга сукмаска мөмкин. Лазер 1060 нм кебек чистартылган, барысы да 1060 нм, бу төр лазер чагыштырмача тотрыклы үзләштерү тизлегенә һәм көченә ия.
Стимуллаштырылган үзләштерү:
Түбән энергия дәрәҗәсендәге электроннар (түбән орбиталлар), фотоннарны үзләштергәннән соң, югары энергия дәрәҗәләренә (югары орбиталларга) күчү, һәм бу процесс стимуллаштырылган үзләштерү дип атала. Стимуллаштырылган үзләштерү бик мөһим һәм төп насос процессларының берсе. Лазерның насос чыганагы фотон энергиясе белән тәэмин итә, кисәкчәләргә күчү өчен һәм лазерны чыгарып, югары энергия дәрәҗәсендә стимуллаштырылган нурланышны көтә.
Стимуляцияләнгән нурланыш:
Тышкы энергия яктылыгы белән нурланганда (hv = E2-E1), югары энергия дәрәҗәсендәге электрон тышкы фотон белән дулкынлана һәм түбән энергия дәрәҗәсенә сикерә (югары орбита түбән орбитага китә). Шул ук вакытта, ул тышкы фотон белән тулысынча охшаган фотон чыгара. Бу процесс оригиналь дулкынлану нурын үзләштерми, шуңа күрә ике охшаш фотон булачак, моны электрон элек сеңдерелгән фотонны чыгарып җибәргәндә аңларга була, Бу люминесценция процессы стимуллаштырылган нурланыш дип атала, ул стимуллаштырылган үзләштерүнең кире процессы.
Теория ачык булганнан соң, югарыдагы рәсемдә күрсәтелгәнчә, лазер төзү бик гади: материаль тотрыклылыкның гадәти шартларында электроннарның күпчелек өлеше җир хәлендә, электроннар җир хәлендә, һәм лазер бәйле. стимуллаштырылган нурланыш. Шуңа күрә, лазер структурасы стимуллаштырылган үзләштерүне булдырырга мөмкинлек бирә, электроннарны югары энергия дәрәҗәсенә китерә, аннары күп санлы югары энергияле электроннарның стимуллаштырылган нурланыш кичерүенә китерә, фотоннар чыгара, Моннан, лазер ясалырга мөмкин. Алга таба без лазер структурасы белән таныштырырбыз.
Лазер структурасы:
Лазер структурасын алда искә алынган лазер җитештерү шартлары белән туры китерегез:
Вакыйга торышы һәм тиешле структура:
1. Лазер эшкәртү чарасы буларак көчәйтү эффектын тәэмин итүче табыш чарасы бар, һәм аның активлашкан кисәкчәләре стимуллаштырылган нурланыш тудыру өчен энергия дәрәҗәсе структурасына ия (нигездә электроннарны югары энергия орбиталларына җибәрә ала һәм билгеле бер вакыт эчендә яши ала. , аннары стимуллаштырылган нурланыш аша бер сулышта фотоннарны чыгару);
2. Тышкы дулкынлану чыганагы (насос чыганагы) бар, ул электроннарны түбән дәрәҗәдән югары дәрәҗәгә җибәрә ала, лазерның өске һәм аскы дәрәҗәләре арасында кисәкчәләр саны инверсиясенә китерә (ягъни, югары энергия кисәкчәләре күбрәк булганда) аз энергия кисәкчәләре), мәсәлән, YAG лазерларында ксенон лампасы;
3. лазер билгеле бер энергиядә чыгарыла).
Тиешле структура югарыдагы рәсемдә күрсәтелгән, ул YAG лазерының гади структурасы. Башка структуралар катлаулырак булырга мөмкин, ләкин төп нәрсә. Лазер җитештерү процессы рәсемдә күрсәтелгән:
Лазер классификациясе: гадәттә уртача яки лазер энергия формасы буенча классификацияләнә
Урта классификациягә ирешү:
Карбон газы лазеры: Карбон газы лазерының уртача күләме гелий һәмCO2 лазеры,10,6ум лазер дулкын озынлыгы белән, бу җибәреләчәк иң беренче лазер продуктларының берсе. Баштагы лазер белән эретеп ябыштыру, нигездә, углерод газы лазерына нигезләнгән, ул хәзерге вакытта металл булмаган материалларны эретү һәм кисү өчен кулланыла (тукымалар, пластмасса, агач һ.б.). Моннан тыш, ул литография машиналарында да кулланыла. Углерод газы лазеры оптик җепселләр аша таралмый һәм киң оптик юллар аша сәяхәт итә, Иң беренче Тонгкуай чагыштырмача яхшы эшләнгән, һәм бик күп кисү җайланмалары кулланылган;
YAG (йтрий алюминий гранаты) лазер: неодий (Nd) яки йтрий (Yb) металл ионнары белән допланган YAG кристаллары лазерны уртача куллану өчен кулланыла, эмиссия дулкын озынлыгы 1,06ум. YAG лазеры югары импульс чыгарырга мөмкин, ләкин уртача көч түбән, һәм иң югары көч уртача көченнән 15 тапкырга җитә ала. Әгәр дә ул, нигездә, импульс лазеры булса, өзлексез чыгаруга ирешеп булмый; Ләкин ул оптик җепселләр аша таралырга мөмкин, һәм шул ук вакытта металл материалларның үзләштерү тизлеге арта, һәм ул югары чагылдыру материалларында кулланыла башлый, башта 3C кырында кулланыла;
Fiberепсел лазеры: Базардагы хәзерге төп агым йттербиум допедлы җепселне 1060nm дулкын озынлыгы белән табыш чарасы итеп куллана. Алга таба ул форма нигезендә җепсел һәм диск лазерларына бүленә; Fiberептик оптик IPG, диск Тонгкуайны күрсәтә.
Ярымүткәргеч лазер: табыш урта ярымүткәргеч PN тоташуы, һәм ярымүткәргеч лазерның дулкын озынлыгы, нигездә, 976nm. Хәзерге вакытта ярымүткәргеч инфракызыл лазерлар нигездә каплау өчен кулланыла, җиңел таплар 600умнан артык. Лазерлайн - ярымүткәргеч лазерларның вәкиллекле предприятиясе.
Энергия хәрәкәте формасы буенча классификацияләнә: Пульс лазеры (PULSE), квази өзлексез лазер (QCW), өзлексез лазер (CW)
Пульс лазеры: наносекунд, пикосекунд, фемтосекунд, бу югары ешлыктагы импульс лазеры (нс, импульс киңлеге) еш кына югары бакыр энергиясенә, югары ешлыкка (MHZ) эшкәртүгә ирешә ала, нечкә бакыр һәм алюминий охшаш материалларны эшкәртү өчен кулланыла, шулай ук күбесенчә чистарту. . Highгары энергия кулланып, ул төп материалны тиз эретә ала, аз эш вакыты һәм кечкенә җылылык тәэсир иткән зона. Ультра-нечкә материалларны эшкәртүдә өстенлекләре бар (0,5 ммнан түбән);
Квази өзлексез лазер (QCW): югары кабатлау тизлеге һәм аз дежур циклы аркасында (50% тан түбән), импульсның киңлегеQCW лазеркиловатт дәрәҗәсендә өзлексез җепселле лазер белән Q-күчерелгән импульс лазеры арасындагы бушлыкны тутырып, 50 -50 мс җитә. Квази өзлексез җепселле лазерның иң югары көче өзлексез режим эшләгәндә уртача көченнән 10 тапкырга җитә ала. QCW лазерларының гадәттә ике режимы бар, берсе түбән энергиядә өзлексез эретеп ябыштыру, икенчесе уртача көченнән 10 тапкырга арткан лазерлы эретеп ябыштыру, ул калын материалларга һәм җылылык эретеп ябыштыруга ирешә ала, шул ук вакытта җылылыкны контрольдә тота. бик кечкенә диапазон;
Даими лазер (CW): Бу иң еш кулланыла, һәм базарда күренә торган лазерларның күбесе эретеп ябыштыру өчен өзлексез лазер чыгаручы CW лазерлары. Fiberепсел лазерлары төрле үзәк диаметрларга һәм нур сыйфатларына карап бер режимлы һәм күп режимлы лазерларга бүленәләр, һәм төрле куллану сценарийларына яраклаштырыла ала.
Пост вакыты: 20-2023 декабрь
