Niyə lazerlərin iş prinsipini bilməliyik?
Ümumi yarımkeçirici lazerlər, liflər, disklər və arasındakı fərqləri bilməkYAG lazerseçim prosesi zamanı daha yaxşı başa düşülməyə və daha çox müzakirələrə cəlb olunmağa kömək edə bilər.
Məqalədə əsasən populyar elmlərə diqqət yetirilir: lazer generasiya prinsipi, lazerlərin əsas strukturu və bir neçə ümumi lazer növləri haqqında qısa məlumat.
Birincisi, lazer generasiya prinsipi
Lazer, stimullaşdırılmış radiasiya gücləndirilməsi kimi tanınan işıq və maddə arasındakı qarşılıqlı təsir nəticəsində yaranır; Stimullaşdırılmış radiasiya gücləndirilməsini başa düşmək üçün Eynşteynin spontan emissiya, stimullaşdırılmış udma və stimullaşdırılmış şüalanma anlayışlarını, həmçinin bəzi zəruri nəzəri əsasları başa düşmək lazımdır.
Nəzəri əsas 1: Bor modeli
Bohr modeli, əsasən, atomların daxili quruluşunu təmin edərək, lazerlərin necə baş verdiyini başa düşməyi asanlaşdırır. Bir atom nüvədən və nüvədən kənarda olan elektronlardan ibarətdir və elektronların orbitalları ixtiyari deyil. Elektronların yalnız müəyyən orbitalları var, onların arasında ən daxili orbital əsas vəziyyət adlanır; Elektron əsas vəziyyətdədirsə, onun enerjisi ən aşağıdır. Bir elektron orbitdən sıçrayırsa, o, birinci həyəcanlı vəziyyət adlanır və birinci həyəcanlanmış vəziyyətin enerjisi əsas vəziyyətdən daha yüksək olacaqdır; Başqa bir orbit ikinci həyəcanlı vəziyyət adlanır;
Lazerin meydana gəlməsinin səbəbi bu modeldə elektronların müxtəlif orbitlərdə hərəkət etməsidir. Elektronlar enerji udursa, onlar əsas vəziyyətdən həyəcanlı vəziyyətə keçə bilərlər; Elektron həyəcanlanmış vəziyyətdən əsas vəziyyətə qayıdırsa, o, tez-tez lazer şəklində buraxılan enerjini buraxacaq.
Nəzəri Əsas 2: Eynşteynin Stimullaşdırılmış Radiasiya Nəzəriyyəsi
1917-ci ildə Eynşteyn lazerlərin və lazer istehsalının nəzəri əsasını təşkil edən stimullaşdırılmış şüalanma nəzəriyyəsini irəli sürdü: maddənin udulması və ya emissiyası mahiyyətcə şüalanma sahəsi ilə maddəni təşkil edən hissəciklər və onun nüvəsi arasındakı qarşılıqlı təsirin nəticəsidir. mahiyyət hissəciklərin müxtəlif enerji səviyyələri arasında keçididir. İşıq və maddənin qarşılıqlı təsirində üç fərqli proses var: spontan emissiya, stimullaşdırılmış emissiya və stimullaşdırılmış udma. Çox sayda hissəcik ehtiva edən bir sistem üçün bu üç proses həmişə birlikdə mövcuddur və bir-biri ilə sıx bağlıdır.
Spontan emissiya:
Şəkildə göstərildiyi kimi: yüksək enerjili E2 səviyyəsində olan elektron kortəbii olaraq aşağı enerjili E1 səviyyəsinə keçir və enerjisi hv olan fotonu buraxır və hv=E2-E1; Bu kortəbii və əlaqəsiz keçid prosesinə spontan keçid, kortəbii keçidlərin yaratdığı işıq dalğalarına isə spontan şüalanma deyilir.
Spontan emissiyanın xüsusiyyətləri: Hər bir foton müstəqildir, müxtəlif istiqamətləri və fazaları var və baş vermə vaxtı da təsadüfi olur. Lazerin tələb etdiyi işıq olmayan qeyri-koherent və xaotik işığa aiddir. Buna görə də, lazer generasiya prosesi bu tip başıboş işığı azaltmalıdır. Bu həm də müxtəlif lazerlərin dalğa uzunluğunun başıboş işığın olmasının səbəblərindən biridir. Yaxşı idarə olunarsa, lazerdə spontan emissiyanın nisbəti nəzərə alına bilər. Lazer nə qədər təmizdirsə, məsələn 1060 nm, hamısı 1060 nm-dir, Bu tip lazer nisbətən sabit udma dərəcəsi və gücünə malikdir.
Stimullaşdırılmış udma:
Aşağı enerji səviyyələrində elektronlar (aşağı orbitallar), fotonları uduqdan sonra daha yüksək enerji səviyyələrinə (yüksək orbitallara) keçid edirlər və bu proses stimullaşdırılmış udma adlanır. Stimullaşdırılmış udma çox vacibdir və əsas nasos proseslərindən biridir. Lazerin nasos mənbəyi, qazanc mühitindəki hissəciklərin keçidinə səbəb olmaq üçün foton enerjisini təmin edir və lazeri yayaraq daha yüksək enerji səviyyələrində stimullaşdırılmış radiasiyanı gözləməkdədir.
Stimullaşdırılmış radiasiya:
Xarici enerjinin işığı ilə şüalandıqda (hv=E2-E1) yüksək enerji səviyyəsində olan elektron xarici foton tərəfindən həyəcanlanır və aşağı enerji səviyyəsinə sıçrayır (yüksək orbit aşağı orbitə keçir). Eyni zamanda, xarici fotonla tam olaraq eyni olan bir foton yayır. Bu proses ilkin həyəcan işığını udmur, buna görə də elektronun əvvəllər udulmuş fotonu tüpürməsi kimi başa düşülə bilən iki eyni foton olacaq.
Nəzəriyyə aydın olduqdan sonra, yuxarıdakı şəkildə göstərildiyi kimi, lazer qurmaq çox sadədir: normal maddi sabitlik şəraitində elektronların böyük əksəriyyəti əsas vəziyyətdə, elektronlar əsas vəziyyətdədir və lazer aşağıdakılardan asılıdır. stimullaşdırılmış radiasiya. Buna görə də, lazerin quruluşu əvvəlcə elektronları yüksək enerji səviyyəsinə gətirərək stimullaşdırılmış udulmanın baş verməsini təmin etmək və sonra çox sayda yüksək enerji səviyyəli elektronların stimullaşdırılmış radiasiyaya məruz qalmasına səbəb olmaq üçün bir həyəcan təmin etmək, fotonları buraxmaqdır. lazer yaradıla bilər. Sonra lazer quruluşunu təqdim edəcəyik.
Lazer quruluşu:
Lazer quruluşunu əvvəllər qeyd olunan lazer generasiya şərtləri ilə bir-bir uyğunlaşdırın:
Baş vermə vəziyyəti və müvafiq quruluş:
1. Lazer iş mühiti kimi gücləndirici effekti təmin edən qazanma mühiti var və onun aktivləşdirilmiş hissəcikləri stimullaşdırılmış şüalanma yaratmaq üçün uyğun olan enerji səviyyəli struktura malikdir (əsasən elektronları yüksək enerjili orbitallara vura bilir və müəyyən müddət ərzində mövcuddur). , və sonra stimullaşdırılmış radiasiya vasitəsilə bir nəfəsdə fotonları buraxın);
2. Lazerin yuxarı və aşağı səviyyələri arasında hissəciklərin sayının inversiyasına səbəb olan elektronları aşağı səviyyədən yuxarı səviyyəyə vura bilən xarici həyəcan mənbəyi (nasos mənbəyi) mövcuddur (yəni, lazerin yüksək enerjili hissəciklər daha çox olduqda). aşağı enerjili hissəciklər), məsələn, YAG lazerlərindəki ksenon lampa;
3. Lazer salınımına nail ola bilən, lazer işçi materialının iş uzunluğunu artıra bilən, işıq dalğası rejimini ekranlaşdıra bilən, şüanın yayılma istiqamətinə nəzarət edən, monoxromatikliyi yaxşılaşdırmaq üçün stimullaşdırılan şüalanma tezliyini seçici şəkildə gücləndirə bilən rezonans boşluğu var. lazer müəyyən bir enerji ilə çıxarılır).
Müvafiq struktur YAG lazerinin sadə quruluşu olan yuxarıdakı şəkildə göstərilmişdir. Digər strukturlar daha mürəkkəb ola bilər, amma əsas budur. Lazer generasiya prosesi şəkildə göstərilmişdir:
Lazer təsnifatı: ümumiyyətlə qazanc mühitinə və ya lazer enerji formasına görə təsnif edilir
Orta təsnifat qazanın:
Karbon dioksid lazeri: Karbon dioksid lazerinin qazanma mühiti heliumdur vəCO2 lazer,Lazer dalğa uzunluğu 10,6 um olan, bu, buraxılan ən erkən lazer məhsullarından biridir. İlkin lazer qaynağı, əsasən, hazırda əsasən qeyri-metal materialların (parçalar, plastiklər, ağac və s.) qaynaqlanması və kəsilməsi üçün istifadə olunan karbon dioksid lazerinə əsaslanırdı. Bundan əlavə, litoqrafiya maşınlarında da istifadə olunur. Karbon dioksid lazeri optik liflər vasitəsilə ötürülə bilməz və məkan optik yolları ilə hərəkət edir, Ən erkən Tongkuai nisbətən yaxşı işlənmişdir və bir çox kəsici avadanlıq istifadə edilmişdir;
YAG (yttrium alüminium qranat) lazeri: Neodimium (Nd) və ya yttrium (Yb) metal ionları ilə qatqılı YAG kristalları 1.06um emissiya dalğası ilə lazer qazanc mühiti kimi istifadə olunur. YAG lazeri daha yüksək impulslar çıxara bilər, lakin orta güc aşağıdır və pik güc orta gücün 15 qatına çata bilər. Əsasən pulse lazerdirsə, davamlı çıxış əldə edilə bilməz; Lakin o, optik liflər vasitəsilə ötürülə bilər və eyni zamanda, metal materialların udma dərəcəsi artır və ilk dəfə 3C sahəsində tətbiq olunan yüksək əks etdirən materiallarda tətbiq olunmağa başlayır;
Fiber lazer: Bazarda mövcud əsas cərəyan, 1060nm dalğa uzunluğuna malik iterbium qatqılı lifdən istifadə edir. Daha sonra mühitin formasına görə lifli və diskli lazerlərə bölünür; Fiber optik IPG-ni, disk isə Tongkuai-ni təmsil edir.
Yarımkeçirici lazer: Qazanma mühiti yarımkeçirici PN qovşağıdır və yarımkeçirici lazerin dalğa uzunluğu əsasən 976nm-dir. Hal-hazırda, yarımkeçirici yaxın infraqırmızı lazerlər əsasən 600um-dən yuxarı işıq ləkələri ilə üzlük üçün istifadə olunur. Laserline yarımkeçirici lazerlərin təmsilçi müəssisəsidir.
Enerji təsir formasına görə təsnif edilir: Pulse lazer (PULSE), kvazi davamlı lazer (QCW), fasiləsiz lazer (CW)
Pulse lazer: nanosaniyə, pikosaniyə, femtosaniyə, bu yüksək tezlikli impuls lazeri (ns, impuls eni) tez-tez yüksək pik enerjiyə, yüksək tezlikli (MHZ) emal əldə edə bilər, nazik mis və alüminiumdan fərqli materialların emalı üçün istifadə olunur, həmçinin əsasən təmizlənir. . Yüksək pik enerjidən istifadə edərək, o, aşağı fəaliyyət müddəti və kiçik istilik təsir zonası ilə əsas materialı tez əridə bilər. Ultra nazik materialların (0,5 mm-dən aşağı) emalında üstünlüklərə malikdir;
Kvazi davamlı lazer (QCW): Yüksək təkrarlama tezliyi və aşağı iş dövrü (50%-dən aşağı) sayəsində nəbz eniQCW lazerkilovat səviyyəli davamlı fiber lazer və Q-switched pulse lazer arasındakı boşluğu dolduraraq 50 us-50 ms-ə çatır; Kvazifasiləsiz lifli lazerin pik gücü fasiləsiz rejimdə işləyərkən orta gücdən 10 dəfə çox ola bilər. QCW lazerlərinin ümumiyyətlə iki rejimi var, biri aşağı gücdə davamlı qaynaqdır, digəri isə orta gücdən 10 dəfə yüksək gücə malik impulslu lazer qaynağıdır ki, bu da daha qalın materiallara və daha çox istilik qaynağına nail ola bilir, eyni zamanda bir müddət ərzində istiliyi idarə edir. çox kiçik diapazon;
Davamlı Lazer (CW): Bu ən çox istifadə edilən lazerdir və bazarda görülən lazerlərin əksəriyyəti qaynaq emalı üçün davamlı olaraq lazer çıxaran CW lazerləridir. Fiber lazerlər müxtəlif nüvə diametrlərinə və şüa keyfiyyətlərinə görə tək rejimli və çox rejimli lazerlərə bölünür və müxtəlif tətbiq ssenarilərinə uyğunlaşdırıla bilər.
Göndərmə vaxtı: 20 dekabr 2023-cü il
