Prensîba Çêkirina Lazerê

Çima divê em prensîba lazeran bizanibin?

Zanîna cûdahiyên di navbera lazerên nîvconductor ên hevpar, fîber, dîsk ûLazera YAGdi heman demê de dikare bibe alîkar ku di dema pêvajoya hilbijartinê de têgihîştinek çêtir bi dest bixin û bêtir nîqaşan bikin.

Gotar bi giranî li ser zanista populer disekine: danasînek kurt li ser prensîba çêkirina lazeran, avahiya sereke ya lazeran, û çend celebên hevpar ên lazeran.

Pêşîn, prensîba çêkirina lazerê

Lazer bi rêya têkiliya di navbera ronahî û madeyê de, ku wekî zêdekirina tîrêjên teşwîqkirî tê zanîn, tê çêkirin; Têgihîştina zêdekirina tîrêjên teşwîqkirî têgihîştina têgehên Einstein ên derdana xweber, vegirtina teşwîqkirî, û tîrêjên teşwîqkirî, û her weha hin bingehên teorîk ên pêwîst hewce dike.

Bingeha Teorîk 1: Modela Bohr

Modela Bohr bi giranî avahiya navxweyî ya atoman peyda dike, ku têgihîştina çawaniya çêbûna lazeran hêsan dike. Atom ji navok û elektronên li derveyî navokê pêk tê, û orbîtalên elektronan ne keyfî ne. Elektron tenê hin orbîtal hene, ku di nav wan de orbîtala herî hundurîn wekî rewşa bingehîn tê binavkirin; Ger elektronek di rewşa bingehîn de be, enerjiya wê ya herî nizm e. Ger elektronek ji orbîtekê derkeve, jê re rewşa yekem a ajîtasyonê tê gotin, û enerjiya rewşa yekem a ajîtasyonê dê ji ya rewşa bingehîn bilindtir be; Orbîteke din wekî rewşa duyem a ajîtasyonê tê binavkirin;

Sedema ku lazer dikare çêbibe ev e ku elektron di vê modelê de di orbîtên cûda de diçin û tên. Ger elektron enerjiyê bikşînin, ew dikarin ji rewşa bingehîn ber bi rewşa ajîtasyonê ve biçin; Ger elektronek ji rewşa ajîtasyonê vegere rewşa bingehîn, ew ê enerjiyê berde, ku pir caran bi şiklê lazerê tê berdan.

Bingeha Teorîk 2: Teoriya Tîrêjên Stimulkirî ya Einstein

Di sala 1917an de, Einstein teoriya tîrêjên teşwîqkirî pêşniyar kir, ku bingeha teorîk a lazer û hilberîna lazerê ye: kişandin an jî derxistina madeyê di bingeh de encama têkiliya di navbera qada tîrêjê û perçeyên ku madeyê pêk tînin de ye, û eslê wê yê bingehîn veguheztina perçeyan di navbera astên enerjiyê yên cûda de ye. Di têkiliya di navbera ronahî û madeyê de sê pêvajoyên cûda hene: kişandina xweber, kişandina teşwîqkirî, û kişandina teşwîqkirî. Ji bo pergalek ku hejmareke mezin ji perçeyan dihewîne, ev her sê pêvajo her gav bi hev re dijîn û bi hev ve girêdayî ne.

Derketina xweber:

Wekî ku di wêneyê de tê xuyakirin: elektronek li ser asta enerjiya bilind E2 bi awayekî xweber derbasî asta enerjiya nizm E1 dibe û fotonek bi enerjiyeke hv, û hv=E2-E1 derdixe; Ev pêvajoya veguherîna xweber û ne têkildar wekî veguherîna xweber tê binavkirin, û pêlên ronahiyê yên ku ji hêla veguherînên xweber ve têne derxistin wekî tîrêjên xweber têne binavkirin.

Taybetmendiyên emîsyona xweber: Her foton serbixwe ye, xwedî rê û qonaxên cûda ye, û dema çêbûnê jî bêserûber e. Ew aîdî ronahiya nehevgirtî û kaotîk e, ku ne ronahiya ku ji hêla lazerê ve tê xwestin e. Ji ber vê yekê, pêvajoya çêkirina lazerê hewce dike ku vî rengî ronahiya belavbûyî kêm bike. Ev jî yek ji sedemên ku dirêjahiya pêlê ya lazerên cûrbecûr ronahiya belavbûyî heye ye. Ger baş were kontrol kirin, rêjeya emîsyona xweber di lazerê de dikare were paşguh kirin. Lazer çiqas paqijtir be, wek 1060 nm, ew hemî 1060 nm e. Ev celeb lazer xwedî rêjeyek vegirtinê û hêzek nisbeten sabît e.

Vegirtin bi teşwîqkirinê:

Elektronên di asta enerjiya nizm (orbîtalên nizm), piştî kişandina fotonan, derbasî astên enerjiya bilindtir (orbîtalên bilind) dibin, û ev pêvajo wekî kişandina teşwîqkirî tê binavkirin. Kişandina teşwîqkirî pir girîng e û yek ji pêvajoyên pompkirinê yên sereke ye. Çavkaniya pompê ya lazerê enerjiya fotonê peyda dike da ku bibe sedema ku perçeyên di navgîna qezenckirinê de derbasî bibin û li benda tîrêjên teşwîqkirî yên di asta enerjiya bilindtir de bimînin, lazerê derxin.

Radyasyona teşwîqkirî:

Dema ku bi ronahiya enerjiya derveyî (hv=E2-E1) tê tîrêjkirin, elektrona di asta enerjiya bilind de ji hêla fotona derveyî ve tê teşwîqkirin û ber bi asta enerjiya nizm ve diçe (orbîta bilind ber bi orbîta nizm ve diçe). Di heman demê de, ew fotonek derdixe ku tam wekî fotona derveyî ye. Ev pêvajo ronahiya teşwîqkirinê ya orîjînal namije, ji ber vê yekê dê du fotonên wekhev hebin, ku dikarin wekî elektron fotona berê hatî kişandin derxin holê werin fêmkirin. Ev pêvajoya ronîkirinê wekî tîrêjiya teşwîqkirî tê binavkirin, ku pêvajoya berevajî ya kişandina teşwîqkirî ye.

Piştî ku teorî zelal bû, çêkirina lazerek pir hêsan e, wekî ku di wêneyê jorîn de tê xuyang kirin: di bin şert û mercên normal ên aramiya materyalê de, piraniya elektronan di rewşa bingehîn de ne, elektron di rewşa bingehîn de ne, û lazer bi tîrêjên teşwîqkirî ve girêdayî ye. Ji ber vê yekê, avahiya lazerê ew e ku pêşî bihêle ku vegirtina teşwîqkirî çêbibe, elektronan bîne asta enerjiya bilind, û dûv re jî teşwîqek peyda bike da ku bibe sedema ku hejmareke mezin ji elektronên asta enerjiya bilind ji tîrêjên teşwîqkirî derbas bibin, fotonan berdin. Ji vê yekê, lazer dikare were çêkirin. Piştre, em ê avahiya lazerê bidin nasîn.

Avahiya lazerê:

Yek bi yek avahiya lazerê bi şert û mercên çêkirina lazerê yên ku berê hatine behs kirin re hevber bikin:

Rewşa pêkhatinê û avahiya têkildar:

1. Medyayeke qezenckirinê heye ku wekî medyaya xebata lazerê bandora amplîfîkasyonê peyda dike, û perçeyên wê yên çalakkirî xwedî avahiyek asta enerjiyê ne ku ji bo çêkirina tîrêjên teşwîqkirî guncaw in (bi giranî dikarin elektronan pompe bikin bo orbitalên enerjiya bilind û ji bo demek diyarkirî bimînin, û dûv re bi rêya tîrêjên teşwîqkirî di yek nefesê de fotonan berdin);

2. Çavkaniyek ji derve ya teşwîqkirinê (çavkaniya pompê) heye ku dikare elektronan ji asta jêrîn ber bi asta jorîn ve pompe bike, û bibe sedema berevajîkirina hejmara perçeyan di navbera asta jorîn û jêrîn a lazerê de (ango, dema ku perçeyên enerjiya bilind ji perçeyên enerjiya nizm bêtir in), wekî lampa ksenonê di lazerên YAG de;

3. Valahiyek rezonansê heye ku dikare osîlasyona lazerê bi dest bixe, dirêjahiya xebata materyalê xebata lazerê zêde bike, moda pêla ronahiyê kontrol bike, rêça belavbûna tîrêjê kontrol bike, bi awayekî bijartî frekansa tîrêjê ya teşwîqkirî zêde bike da ku monokromatîte baştir bike (piştrast bike ku lazer bi enerjiyek diyarkirî tê derxistin).

Avahiya berawirdî di wêneyê jorîn de tê nîşandan, ku ew avahiyek hêsan a lazerek YAG ye. Dibe ku avahiyên din tevlihevtir bin, lê bingeh ev e. Pêvajoya çêkirina lazerê di wêneyê de tê nîşandan:

Dabeşkirina lazerê: bi gelemperî li gorî navgîniya qezencê an jî li gorî forma enerjiya lazerê tê dabeşkirin

Dabeşkirina navînî ya qezenckirinê:

Lazera karbondîoksîtê: Medyaya qezenckirina lazera karbondîoksîtê helyûm e ûLazera CO2,bi dirêjahiya pêlê ya lazerê ya 10.6um, ku yek ji berhemên lazerê yên herî zû ye ku hatiye destpêkirin. Qeyda lazerê ya destpêkê bi giranî li ser lazera karbondîoksîtê bû, ku niha bi giranî ji bo qeyda û birîna materyalên ne-metalîk (qumaş, plastîk, dar, hwd.) tê bikar anîn. Wekî din, ew di makîneyên lîtografiyê de jî tê bikar anîn. Lazera karbondîoksîtê nikare bi rêya fîberên optîkî were veguheztin û bi rêyên optîkî yên fezayî re derbas dibe, Tongkuai ya herî zû bi nisbeten baş hate kirin, û gelek alavên birînê hatin bikar anîn;

Lazera YAG (garneta aluminiumê ya îttriumê): Krîstalên YAG-ê yên bi îyonên metalî yên neodîmyûm (Nd) an îttrium (Yb) ve hatine dopkirin wekî navgîna qezenckirina lazerê têne bikar anîn, bi dirêjahiya pêlê ya emîsyonê ya 1.06um. Lazera YAG dikare pulsên bilindtir derxe, lê hêza navînî kêm e, û hêza lûtkeyê dikare bigihîje 15 qat hêza navînî. Ger ew bi giranî lazerek pulsê be, derana domdar nayê bidestxistin; Lê ew dikare bi riya fîberên optîkî were veguheztin, û di heman demê de, rêjeya vegirtinê ya materyalên metalî zêde dibe, û ew dest pê dike ku di materyalên refleksîfbûna bilind de were sepandin, pêşî di zeviya 3C de tê sepandin;

Lazera fîberê: Niha di sûkê de fîbera dopîngkirî ya ytterbium wekî navgîna qezenckirinê bikar tîne, bi dirêjahiya pêlê ya 1060nm. Ew li gorî şeklê navgînê dibe lazerên fîber û dîskê; Fîbera optîk IPG temsîl dike, di heman demê de dîsk Tongkuai temsîl dike.

Lazera nîvconductor: Medyaya qezenckirinê girêdana PN ya nîvconductor e, û dirêjahiya pêlê ya lazera nîvconductor bi piranî li 976nm e. Niha, lazerên nîvconductor ên nêzîkî-infrared bi piranî ji bo pêçanê têne bikar anîn, bi xalên ronahiyê yên li jor 600um. Laserline pargîdaniyek temsîlkar a lazerên nîvconductor e.

Li gorî şêweyê çalakiya enerjiyê tê dabeşkirin: Lazera pulsê (PULSE), lazera nîv-berdewam (QCW), lazera berdewam (CW)

Lazera pulsê: nanosaniye, pîkosaniye, femtosaniye, ev lazera pulsê ya frekanseke bilind (ns, firehiya pulsê) pir caran dikare enerjiya lûtkeya bilind, pêvajoya frekanseke bilind (MHZ) bi dest bixe, ji bo pêvajoya materyalên tenik ên cuda yên sifir û aluminiumê, û her weha piranî ji bo paqijkirinê tê bikar anîn. Bi karanîna enerjiya lûtkeya bilind, ew dikare materyalê bingehîn zû bihelîne, bi dema çalakiyê ya kêm û herêma bandorkirî ya germê ya piçûk. Di pêvajoya materyalên ultra-tenik de (di bin 0.5 mm de) xwedî avantajên e;

Lazera nîv-berdewam (QCW): Ji ber rêjeya dubarekirina bilind û çerxa erkê ya nizm (di bin %50 de), firehiya pulsê yaLazera QCWdigihîje 50 us-50 ms, valahiya di navbera lazera fîbera domdar a asta kîlowat û lazera pulsê ya Q-guhêzbar de tijî dike; Hêza lûtkeyê ya lazerek fîbera nîv-domdar dikare di bin moda domdar de bigihîje 10 qatan hêza navînî. Lazerên QCW bi gelemperî du mod hene, yek qeyandina domdar di hêza kêm de ye, û ya din jî qeyandina lazera pulsasyonî ye ku hêza lûtkeyê 10 qatan hêza navînî ye, ku dikare materyalên stûrtir û qeyandina germê ya bêtir bi dest bixe, di heman demê de germê di nav rêzek pir piçûk de kontrol bike;

Lazera Berdewam (CW): Ev herî zêde tê bikaranîn e, û piraniya lazerên ku li sûkê têne dîtin lazerên CW ne ku ji bo pêvajoya weldingê bi berdewamî lazerê derdixin. Lazerên fîberê li gorî diameterên navikên cûda û taybetmendiyên tîrêjê dibin lazerên yek-mod û pir-mod, û dikarin li gorî senaryoyên serîlêdanê yên cûda werin adaptekirin.