2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34
Šiame straipsnyje parodyta, kokie yra monochromatinės spinduliuotės š altiniai ir kokie yra kietojo kūno lazerio pranašumai, palyginti su kitais tipais. Pasakojama, kaip susidaro koherentinė spinduliuotė, kodėl impulsinis prietaisas yra galingesnis, kodėl reikalingas graviravimas. Jame taip pat aptariami trys pagrindiniai lazerio elementai ir kaip jis veikia.
Zonos teorija
Prieš kalbant apie tai, kaip veikia lazeris (pvz., kietojo kūno), reikėtų apsvarstyti kai kuriuos fizinius modelius. Visi iš mokyklos pamokų prisimena, kad elektronai yra išsidėstę aplink atomo branduolį tam tikrose orbitose arba energijos lygiuose. Jei turime ne vieną atomą, o daug, tai yra, laikysime bet kurį tūrinį kūną, tada iškyla vienas sunkumas.
Pagal Pauli principą, duotame kūne, kurio energija yra tokia pati, gali būti tik vienas elektronas. Be to, net mažiausiame smėlio grūdelyje yra daug atomų. Šiuo atveju gamta rado labai elegantišką išeitį – kiekvieno energijąelektronas nuo gretimo energijos skiriasi labai mažu, beveik niekuo neišsiskiriančiu kiekiu. Tokiu atveju visi vienodo lygio elektronai „suspausti“į vieną energijos juostą. Zona, kurioje yra labiausiai nuo branduolio nutolę elektronai, vadinama valentine zona. Po jos esanti zona turi didesnę energiją. Jame elektronai juda laisvai, ir ji vadinama laidumo juosta.
Emisija ir sugertis
Bet koks lazeris (kietojo kūno, dujų, cheminis) veikia pagal elektronų perėjimo iš vienos zonos į kitą principus. Jei šviesa krinta ant kūno, fotonas suteikia elektronui pakankamai jėgos, kad jis būtų aukštesnės energijos būsenoje. Ir atvirkščiai: kai elektronas pereina iš laidumo juostos į valentinę juostą, jis išspinduliuoja vieną fotoną. Jei medžiaga yra puslaidininkis arba dielektrikas, valentinės ir laidumo juostos yra atskirtos intervalu, kuriame nėra vieno lygio. Atitinkamai, elektronų ten negali būti. Šis intervalas vadinamas juostos tarpu. Jei fotonas turi pakankamai energijos, elektronai peršoka šį intervalą.
Karta
Kietojo kūno lazerio veikimo principas pagrįstas tuo, kad medžiagos juostos tarpoje sukuriamas vadinamasis atvirkštinis lygis. Elektrono gyvenimo trukmė šiame lygyje yra ilgesnė už laiką, kurį jis praleidžia laidumo juostoje. Taigi per tam tikrą laiką elektronai „kaupiasi“ant jo. Tai vadinama atvirkštine populiacija. Kai praėjo toks lygis taškuotaselektronų, praeina norimo bangos ilgio fotonas, tai vienu metu sukelia daug vienodo ilgio ir fazės šviesos bangų. Tai yra, visi elektronai lavinoje vienu metu pereina į pagrindinę būseną, generuodami pakankamai didelės galios monochromatinių fotonų spindulį. Pažymėtina, kad pagrindinė pirmojo lazerio kūrėjų problema buvo tokio medžiagų derinio, kuriam būtų įmanoma atvirkštinė vieno iš lygių populiacija, paieška. Legiruotasis rubinas tapo pirmąja darbo medžiaga.
Lazerio kompozicija
Kietojo kūno lazeris savo pagrindiniais komponentais nesiskiria nuo kitų tipų. Darbinis kūnas, kuriame atliekama vieno iš lygių atvirkštinė populiacija, apšviečiamas tam tikru šviesos š altiniu. Tai vadinama siurbimu. Dažnai tai gali būti įprasta kaitrinė lempa arba dujų išlydžio vamzdis. Du lygiagretūs darbinio skysčio galai (kietojo kūno lazeris reiškia kristalą, dujinis lazeris – išretintą terpę) sudaro veidrodžių sistemą arba optinį rezonatorių. Jis surenka į spindulį tik tuos fotonus, kurie eina lygiagrečiai su išėjimo anga. Kietojo kūno lazeriai paprastai pumpuojami su blykstės lempomis.
Kietojo kūno lazerių tipai
Priklausomai nuo to, kaip lazerio spindulys išeina, išskiriami nuolatiniai ir impulsiniai lazeriai. Kiekvienas iš jų randa pritaikymą ir turi savo ypatybes. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad impulsiniai kietojo kūno lazeriai turi didesnę galią. Nes už kiekvieną šūvįatrodo, kad fotonai „kaupiasi“, tada vienas impulsas gali tiekti daugiau energijos nei nuolatinis generavimas per panašų laikotarpį. Kuo trumpiau trunka impulsas, tuo galingesnis kiekvienas „šūvis“. Šiuo metu technologiškai įmanoma pastatyti femtosekundinį lazerį. Vienas iš jo impulsų trunka apie 10-15 sekundžių. Ši priklausomybė yra susijusi su tuo, kad aukščiau aprašyti atbulinės populiacijos procesai trunka labai, labai mažai. Kuo ilgiau reikia laukti, kol lazeris „iššaudys“, tuo daugiau elektronų turi laiko palikti atvirkštinį lygį. Atitinkamai sumažėja fotonų koncentracija ir išėjimo pluošto energija.
Graviravimas lazeriu
Raštai ant metalinių ir stiklinių daiktų paviršiaus puošia žmogaus kasdienybę. Jie gali būti taikomi mechaniškai, chemiškai arba lazeriu. Paskutinis metodas yra moderniausias. Jos pranašumai prieš kitus metodus yra tokie. Kadangi nėra tiesioginio poveikio apdirbamam paviršiui, beveik neįmanoma sugadinti daikto rašant ar užrašant. Lazerio spindulys išdegina labai negilius griovelius: paviršius su tokiu graviravimu išlieka lygus, vadinasi, daiktas nėra sugadintas ir tarnaus ilgiau. Metalo atveju lazerio spindulys pakeičia pačią medžiagos struktūrą, o užrašas neištrins daugelį metų. Jei daiktas naudojamas atsargiai, nepanardintas į rūgštį ir nedeformuotas, tada kelias kartas tikrai bus išsaugotas jo raštas. Graviravimui geriausia rinktis kietojo kūno impulsinį lazerį dėl dviejų priežasčių: kietojo kūno procesųlengviau vairuoti, jis yra optimalus galios ir kainos atžvilgiu.
Įdiegimas
Yra specialūs graviravimo nustatymai. Be paties lazerio, jie susideda iš mechaninių kreiptuvų, kuriais lazeris juda, ir valdymo įrangos (kompiuterio). Lazerinis aparatas naudojamas daugelyje žmogaus veiklos šakų. Aukščiau kalbėjome apie namų apyvokos daiktų dekoravimą. Asmeniniai stalo įrankiai, žiebtuvėliai, akiniai, laikrodžiai ilgai išliks šeimoje ir primins laimingas akimirkas.
Tačiau lazeriu graviruoti reikia ne tik buitinėms, bet ir pramonės prekėms. Didelės gamyklos, tokios kaip automobiliai, gamina dalis didžiuliais kiekiais: šimtus tūkstančių ar milijonus. Kiekvienas toks elementas turėtų būti pažymėtas – kada ir kas jį sukūrė. Nėra geresnio būdo už graviravimą lazeriu: skaičiai, gamybos laikas, tarnavimo laikas ilgai išliks net ant judančių dalių, kurioms kyla didesnė dilimo rizika. Lazerinis aparatas šiuo atveju turėtų pasižymėti padidinta galia, taip pat saugumu. Juk jei graviruojant net procentais pakeičiama metalinės detalės savybė, ji gali skirtingai reaguoti į išorinį poveikį. Pavyzdžiui, pertraukite toje vietoje, kur yra užrašas. Tačiau buitiniam naudojimui tinka paprastesnis ir pigesnis įrengimas.
Rekomenduojamas:
Jonų implantacija: koncepcija, veikimo principas, metodai, paskirtis ir pritaikymas
Jonų implantavimas yra žemos temperatūros procesas, kurio metu vieno elemento komponentai pagreitėja į kietą plokštelės paviršių, taip pakeičiant jo fizines, chemines ar elektrines savybes. Šis metodas naudojamas puslaidininkinių įtaisų gamyboje ir metalo apdailoje bei medžiagotyriniuose tyrimuose
Elektrinis lokomotyvas 2ES6: sukūrimo istorija, aprašymas su nuotrauka, pagrindinės charakteristikos, veikimo principas, veikimo ir remonto ypatybės
Šiandien susisiekimas tarp skirtingų miestų, keleivių pervežimas, prekių pristatymas vykdomas įvairiais būdais. Vienas iš šių būdų buvo geležinkelis. Elektrinis lokomotyvas 2ES6 yra viena iš šiuo metu aktyviai naudojamų transporto rūšių
Deimantinė gręžimo mašina: tipai, įrenginys, veikimo principas ir veikimo sąlygos
Sudėtingos pjovimo krypties konfigūracijos ir kietojo kūno apdirbimo įrangos derinys leidžia deimantų gręžimo įrangai atlikti itin subtilias ir svarbias metalo apdirbimo operacijas. Tokiems agregatams patikimos forminių paviršių kūrimo, skylių korekcijos, galų apdirbimo ir kt. operacijos. Tuo pačiu deimantų gręžimo staklės yra universalios panaudojimo galimybės įvairiose srityse. Jis naudojamas ne tik specializuotose pramonės šakose, bet ir privačiose dirbtuvėse
Žemo slėgio šildytuvai: apibrėžimas, veikimo principas, techninės charakteristikos, klasifikacija, konstrukcija, veikimo ypatybės, pritaikymas pramonėje
Žemo slėgio šildytuvai (LPH) šiuo metu naudojami gana aktyviai. Yra du pagrindiniai tipai, kuriuos gamina įvairios surinkimo įmonės. Natūralu, kad jie skiriasi ir savo eksploatacinėmis savybėmis
Yterbio pluošto lazeris: įrenginys, veikimo principas, galia, gamyba, pritaikymas
Skaiduliniai lazeriai yra kompaktiški ir tvirti, tiksliai nukreipia ir lengvai išsklaido šiluminę energiją. Jie būna įvairių formų ir, turėdami daug bendro su kitų tipų optiniais kvantiniais generatoriais, turi savo unikalių pranašumų
