Naha urang kudu nyaho prinsip lasers?
Nyaho bédana antara laser semikonduktor umum, serat, cakram, sarengYAG laserogé tiasa ngabantosan ngartos langkung saé sareng ngiringan langkung seueur diskusi salami prosés pamilihan.
Artikel utamana museurkeun kana elmu populér: bubuka ringkes prinsip generasi laser, struktur utama lasers, sarta sababaraha jenis umum tina lasers.
Firstly, prinsip generasi laser
Laser dihasilkeun ngaliwatan interaksi antara cahaya jeung zat, katelah ngagedékeun radiasi dirangsang; Ngartos amplifikasi radiasi stimulasi merlukeun pamahaman konsép Einstein ngeunaan émisi spontan, nyerep stimulasi, sareng radiasi stimulasi, kitu ogé sababaraha dasar téoritis anu diperlukeun.
Dasar Téori 1: Modél Bohr
Modél Bohr utamana nyadiakeun struktur internal atom, sahingga gampang ngartos kumaha lasers lumangsung. Hiji atom diwangun ku inti jeung éléktron di luar inti, sarta orbital éléktron henteu sawenang-wenang. Éléktron ngan boga orbital nu tangtu, diantarana orbital pangjerona disebut kaayaan dasar; Lamun hiji éléktron dina kaayaan taneuh, énergi na nu panghandapna. Lamun hiji éléktron jumps kaluar tina hiji orbit, mangka disebut kaayaan bungah kahiji, sarta énergi kaayaan bungah kahiji bakal leuwih luhur batan kaayaan taneuh; Orbit séjén disebut kaayaan bungah kadua;
Alesan naha laser bisa lumangsung alatan éléktron bakal gerak dina orbit béda dina modél ieu. Lamun éléktron nyerep énergi, maranéhna bisa ngajalankeun ti kaayaan taneuh ka kaayaan bungah; Lamun hiji éléktron balik ti kaayaan gumbira ka kaayaan taneuh, éta bakal ngaleupaskeun énergi, nu mindeng dileupaskeun dina bentuk laser a.
Dasar Téoritis 2: Téori Radiasi Dirangsang Einstein
Dina taun 1917, Einstein ngusulkeun téori radiasi stimulasi, anu mangrupa dasar téoritis pikeun laser jeung produksi laser: nyerep atawa émisi zat dina dasarna mangrupa hasil interaksi antara médan radiasi jeung partikel nu ngawangun zat, sarta inti na. Intina nyaéta transisi partikel antara tingkat énergi anu béda. Aya tilu prosés béda dina interaksi antara cahaya jeung zat: émisi spontan, émisi dirangsang, sarta diserep dirangsang. Pikeun sistem anu ngandung sajumlah ageung partikel, tilu prosés ieu salawasna hirup babarengan sareng raket patalina.
Émisi spontan:
Ditémbongkeun saperti dina gambar: hiji éléktron dina tingkat énergi tinggi E2 spontan transisi ka tingkat low-énergi E1 sarta emits foton kalawan énergi hv, sarta hv = E2-E1; Prosés transisi spontan sarta henteu patali ieu disebut transisi spontan, sarta gelombang cahaya dipancarkeun ku transisi spontan disebut radiasi spontan.
Karakteristik émisi spontan: Unggal foton mandiri, kalayan arah sareng fase anu béda, sareng waktos lumangsungna ogé acak. Ieu milik lampu incoherent jeung kacau, nu teu lampu diperlukeun ku laser nu. Ku alatan éta, prosés generasi laser perlu ngurangan tipe ieu lampu stray. Ieu oge salah sahiji alesan naha panjang gelombang rupa lasers boga lampu stray. Lamun dikawasa ogé, proporsi émisi spontan dina laser nu bisa dipaliré. The purer laser nu, kayaning 1060 nm, éta sadayana 1060 nm, jenis ieu laser boga laju nyerep rélatif stabil sarta kakuatan.
Dirangsang nyerep:
Éléktron dina tingkat énergi handap (orbital handap), sanggeus nyerep foton, transisi ka tingkat énergi nu leuwih luhur (orbital tinggi), sarta prosés ieu disebut diserep dirangsang. Nyerep dirangsang penting pisan sareng salah sahiji prosés ngompa konci. Sumber pompa laser nyadiakeun énergi foton pikeun ngabalukarkeun partikel dina medium gain pikeun transisi sarta ngadagoan radiasi dirangsang dina tingkat énergi nu leuwih luhur, emitting laser nu.
Radiasi dirangsang:
Nalika dipancarkeun ku cahaya énérgi éksternal (hv=E2-E1), éléktron dina tingkat énergi anu luhur digumbirakeun ku foton éksternal sareng ngaluncat ka tingkat énergi anu handap (orbit anu luhur ngalir ka orbit anu handap). Dina waktos anu sami, éta ngaluarkeun foton anu sami sareng foton éksternal. Prosés ieu teu nyerep lampu éksitasi aslina, jadi bakal aya dua foton idéntik, nu bisa dipikaharti salaku éléktron spits kaluar foton saméméhna diserep, Prosés luminescence ieu disebut radiasi dirangsang, nu mangrupakeun prosés sabalikna tina nyerep dirangsang.
Saatos téori jelas, éta pisan basajan pikeun ngawangun laser a, sakumaha ditémbongkeun dina gambar di luhur: dina kaayaan normal tina stabilitas bahan, Lolobana éléktron dina kaayaan taneuh, éléktron dina kaayaan taneuh, sarta laser gumantung kana. radiasi dirangsang. Ku alatan éta, struktur laser nyaéta pikeun ngidinan diserep dirangsang lumangsung mimitina, bringing éléktron ka tingkat énergi tinggi, lajeng nyadiakeun éksitasi ngabalukarkeun angka nu gede ngarupakeun éléktron tingkat énergi tinggi ngalaman radiasi dirangsang, ngaleupaskeun foton, Ti ieu, laser bisa dihasilkeun. Salajengna, urang bakal ngawanohkeun struktur laser.
Struktur laser:
Cocogkeun struktur laser sareng kaayaan generasi laser anu disebatkeun tadi hiji-hiji:
Kaayaan kajadian sareng struktur anu cocog:
1. Aya medium gain nu nyadiakeun éfék amplifikasi salaku medium kerja laser, sarta partikel diaktipkeun na boga struktur tingkat énergi cocog pikeun generating radiasi dirangsang (utamana bisa ngompa éléktron ka orbital énergi tinggi tur aya pikeun kurun waktu nu tangtu. , lajeng ngaleupaskeun foton dina hiji napas ngaliwatan radiasi dirangsang);
2. Aya sumber éksitasi éksternal (sumber pompa) nu bisa ngompa éléktron ti tingkat handap ka tingkat luhur, ngabalukarkeun inversion angka partikel antara tingkat luhur jeung handap laser nu (ie, lamun aya leuwih partikel énergi tinggi ti partikel énergi-rendah), sapertos lampu xenon dina laser YAG;
3. Aya rongga résonansi anu tiasa ngahontal osilasi laser, ningkatkeun panjang kerja bahan kerja laser, layar mode gelombang cahaya, ngontrol arah rambatan sinar, sacara selektif ngagedékeun frekuensi radiasi anu dirangsang pikeun ningkatkeun monochromaticity (mastikeun yén laser kaluaran dina énergi nu tangtu).
Struktur saluyu ditémbongkeun dina gambar di luhur, nu mangrupakeun struktur basajan tina laser YAG. Struktur séjén bisa jadi leuwih kompleks, tapi inti ieu. Prosés generasi laser ditémbongkeun dina gambar:
Klasifikasi laser: umumna digolongkeun ku gain sedeng atawa ku bentuk énergi laser
Kéngingkeun klasifikasi sedeng:
Karbon dioksida laser: Media gain tina laser karbon dioksida nyaéta hélium jeunglaser CO2,kalayan panjang gelombang laser 10.6um, anu mangrupikeun salah sahiji produk laser pangheubeulna anu diluncurkeun. The las laser mimiti ieu utamana dumasar kana laser karbon dioksida, nu ayeuna utamana dipaké pikeun las sarta motong bahan non-logam (lawon, plastik, kai, jsb). Sajaba ti éta, ogé dipaké dina mesin lithography. Karbon dioksida laser teu bisa dikirimkeun ngaliwatan serat optik sarta ngumbara ngaliwatan jalur optik spasial, The Tongkuai pangheubeulna dipigawé rélatif ogé, sarta loba parabot motong ieu dipaké;
YAG (yttrium aluminium Garnet) laser: kristal YAG doped kalawan neodymium (Nd) atawa yttrium (Yb) ion logam dipaké salaku medium gain laser, kalawan panjang gelombang émisi 1.06um. Laser YAG tiasa ngaluarkeun pulsa anu langkung luhur, tapi kakuatan rata-rata rendah, sareng kakuatan puncak tiasa ngahontal 15 kali kakuatan rata-rata. Lamun utamana laser pulsa, kaluaran kontinyu teu bisa kahontal; Tapi bisa dikirimkeun ngaliwatan serat optik, sarta dina waktos anu sareng, laju nyerep bahan logam naek, sarta eta dimimitian pikeun dilarapkeun dina bahan reflectivity tinggi, munggaran dilarapkeun dina widang 3C;
Serat laser: The mainstream ayeuna di pasar ngagunakeun serat doped ytterbium salaku medium gain, kalayan panjang gelombang 1060nm. Ieu salajengna dibagi kana serat sarta disc lasers dumasar kana bentuk sedeng; Serat optik ngagambarkeun IPG, sedengkeun disc ngagambarkeun Tongkuai.
Laser semikonduktor: Médium gain nyaéta simpang semikonduktor PN, sareng panjang gelombang laser semikonduktor utamina dina 976nm. Ayeuna, semikonduktor deukeut-infra red lasers utamana dipaké pikeun cladding, kalawan bintik lampu luhur 600um. Laserline mangrupikeun perusahaan perwakilan laser semikonduktor.
Digolongkeun dumasar kana bentuk aksi énergi: Pulse laser (PULSE), quasi continuous laser (QCW), continuous laser (CW)
Laser pulsa: nanosecond, picosecond, femtosecond, laser pulsa frekuensi tinggi ieu (ns, lebar pulsa) mindeng bisa ngahontal énergi puncak tinggi, processing frékuénsi luhur (MHZ), dipaké pikeun ngolah tambaga ipis jeung aluminium bahan dissimilar, kitu ogé meresihan lolobana. . Ku ngagunakeun énergi puncak tinggi, éta bisa gancang ngalembereh bahan dasar, kalawan waktu Peta lemah sareng zone kapangaruhan panas leutik. Cai mibanda kaunggulan dina ngolah bahan ultra-ipis (handap 0.5mm);
Kuasi kontinyu laser (QCW): Kusabab laju pengulangan tinggi na siklus tugas low (handap 50%), lebar pulsaQCW laserngahontal 50 urang-50 mdet, ngeusian celah antara tingkat kilowatt kontinyu serat laser sarta Q-switched laser pulsa; Kakuatan puncak tina laser serat kontinyu kuasi tiasa ngahontal 10 kali kakuatan rata-rata dina operasi mode kontinyu. QCW lasers umumna mibanda dua modus, hiji nyaeta las kontinyu dina kakuatan low, sarta séjén nyaéta pulsed las laser kalawan kakuatan puncak 10 kali kakuatan rata, nu bisa ngahontal bahan kandel tur leuwih panas las, bari ogé ngadalikeun panas dina a rentang leutik pisan;
kontinyu laser (CW): Ieu nu paling ilahar dipake, sarta lolobana laser ditempo dina pasaran anu lasers CW nu terus kaluaran laser pikeun ngolah las. Serat lasers dibagi kana single-mode sarta multi-mode lasers nurutkeun diaméter inti béda jeung qualities beam, sarta bisa diadaptasi kana skenario aplikasi béda.
waktos pos: Dec-20-2023
