Lāzera cietviela: darbības princips, pielietojums

Šis raksts parāda, kādi ir avotimonohromātiskais starojums un kādas priekšrocības lāzers ir cietā stāvoklī pirms citām sugām. Šeit tiek paskaidrots, kā notiek sakropļota starojuma rašanās, kāpēc impulsu ierīce ir jaudīgāka, kuras iegriešana ir nepieciešama. Šeit ir aplūkoti arī trīs lāzera obligātie elementi un tā darbības princips.

Zonas teorija

Pirms runājam par to, kā darbojas lāzeris(piemēram, cietā stāvoklī), jāapsver daži fiziski modeļi. No skolas stundām jāatceras, ka elektroni atrodas noteiktā orbītā vai enerģijas līmenī pie atomu kodola. Ja mūsu rīcībā nav neviena atoma, bet daudzi, tas ir, mēs uzskatām jebkuru trīsdimensiju ķermeni, tad ir viena grūtība.

Saskaņā ar Pauli principu, šajā ķermenī ar vienu unViena un tā pati enerģija var būt tikai viens elektrons. Šajā gadījumā pat mazākais smilts graudiņš satur lielu skaitu atomu. Šajā gadījumā daba ir atradusi ļoti elegantu izeju - katra elektrona enerģija atšķiras no blakus esošā elektrona enerģijas ar ļoti mazu, gandrīz nenovērtējamu vērtību. Šajā gadījumā visi elektroni vienā līmenī tiek "saspiesti" vienā enerģijas zonā. Zona, kurā elektronus, kas ir vistālāk no kodola, sauc par valences joslu. Zonai pēc tās ir lielāka enerģija. Tajā elektroni brīvi pārvietojas, un to sauc par vadīšanas joslu.

Emisija un absorbcija

Jebkurš lāzeris (cietvielu, gāzes, ķīmijas)strādā pie principa par elektronu pāreju no vienas zonas uz otru. Ja gaisma nokrīt uz ķermeņa, fotons dod elektronam pietiekami daudz spēka, lai tas parādās augstāka enerģijas stāvoklī. Un otrādi: kad elektrons iziet no vadīšanas joslas līdz vienai valencei, tas izstaro vienu fotonu. Ja viela ir pusvadītāja vai dielektriskā, valences un vadītspējas zonas atdala ar intervālu, kurā nav līmeņu. Tādējādi elektronus nevar turēt. Šo intervālu sauc par aizliegto zonu. Ja fotonam ir pietiekama enerģija, tad elektroni pārtrauc šo intervālu pēkšņi.

Paaudze

Cietvielu lāzera darbības princips ir balstīts uzFakts, ka aizliegtā materiāla zonā tiek izveidots tā sauktais apgrieztais līmenis. Elektrona kalpošanas laiks šajā līmenī ir augstāks par tā laiku vadīšanas joslā. Tādējādi noteiktā laika periodā tas ir uz tā, ka elektroni "uzkrājas". To sauc par apgriezto populāciju. Ja vajadzīgā viļņa fotons nokļūst tādā līmenī, kas ir piesātināts ar elektroniem, tas vienlaikus rada vienlaidu garuma un fāzes gaismas viļņu daudzveidību. Tas nozīmē, ka lavīnu elektroni visi vienlaikus iet uz zemes stāvokli, radot pietiekami lielas jaudas monohromatisko fotonu staru. Ir vērts atzīmēt, ka pirmās lāzeru izstrādātāju galvenā problēma bija tādu vielu kombinācija, kurām būtu iespējams pārveidot vienu no līmeņiem. Pirmā darba viela bija leģēta rubīns.

Lāzera sastāvs

Cietvielu lāzers galvenajiem komponentiem navatšķiras no citām sugām. Darba ķermenis, kurā tiek veikta apgrieztā populācija vienā no līmeņiem, tiek izgaismota ar kādu gaismas avotu. To sauc par sūknēšanu. Bieži vien tā var būt parastā kvēlspuldze vai gāzes izlādes caurule. Divi paralēlie darba ķermeņa gali (cietvielu lāzeris nozīmē kristālu, gāzes barotne ir reti sastopama vide) veido spoguļu sistēmu vai optisko rezonatoru. Viņš savāc gaismu tikai tos fotonus, kas darbojas paralēli izejai. Cietvielu lāzeri parasti tiek sūknēti, izmantojot impulsa lampas.

Cietvielu lāzeri

Atkarībā no lāzera staru izejas metodesatšķirt nepārtrauktus un impulsa lāzers. Katrs no viņiem atrod pieteikumu un ir savas īpatnības. Galvenā atšķirība ir tāda, ka impulsa cietvielu lāzeriem ir lielāka jauda. Tā kā katram fotografētajam fotonim, šķiet, ir "rakšana", tad viens impulss spēj radīt vairāk enerģijas nekā nepārtrauktā paaudze līdzīgā laika periodā. Jo mazāk impulss ilgst, jo stiprāks ir katrs "nošātais". Šobrīd ir tehnoloģiski iespējams veidot femtosekundru lāzeru. Viens impulss ilgst aptuveni 10^-15 sekundes. Šī atkarība ir saistīta ar to, ka iepriekš aprakstītās apgrieztās apdzīvošanas procesi ir ļoti mazi. Jo ilgāk jāgaida, kamēr lāzers "uzņēmis", jo vairākiem elektroniem būs laiks atstāt apgriezto līmeni. Attiecīgi samazina fotonu koncentrāciju un izejas staru enerģiju.

Gravēšana ar lāzeru

Raksti uz metāla un stikla virsmaslietas, kas rotā cilvēku ikdienas dzīvi. Tos var lietot mehāniski, ķīmiski vai ar lāzeru. Pēdējais veids ir vismodernākais. Tās priekšrocības salīdzinājumā ar citām metodēm ir šādas. Tā kā uz apstrādājamās virsmas nav tiešas ietekmes, modeļa vai uzraksta piemērošanas procesā gandrīz neiespējami nodarīt kaitējumu. Lāzera stars apdegumus veido ļoti segas rievas: virsma ar šādu gravējumu paliek gluda, tas nozīmē, ka lieta nesabojās un turpināsies. Metāla gadījumā lāzera starmetis maina pašas vielas struktūru, un uzraksts netiks izdzēsts daudzus gadus. Ja rūpīgi lietojat lietu, neaizveriet to skābā un nedemokrātiski, tad vairākas paaudzes precīzi saglabājies raksts par to. Gravēšanas lāzers vislabāk ir izvēlēties cietvielu impulsu divu iemeslu dēļ: procesi cietā stāvoklī ir vieglāk kontrolējami, un tas ir optimāls attiecībā uz jaudas un cenas attiecību.

Uzstādīšana

Gravēšanai ir īpaši iestatījumi. Papildus pašu lāzeru tie sastāv no mehāniskām vadotnēm, caur kurām lāzeru pārvieto, un monitoringa aprīkojumu (datoru). Lāzeru mašīna tiek izmantota daudzās cilvēka darbības jomās. Iepriekš mēs runājām par mājsaimniecības priekšmetu dekorēšanu. Nomināli galda piederumi, šķiltavas, brilles, pulksteņi paliks ģimenē ilgu laiku un atgādinās jums par laimīgiem mirkļiem.

Tomēr ne tikai iekšzemes, bet arī rūpnieciskāsprecēm ir nepieciešama lāzera gravēšana. Lielas rūpnīcas, piemēram, automobiļu rūpniecība, ražo daudzas daļas: simtiem tūkstošu vai miljonu. Katram šādam elementam jābūt marķētam - kad un kurš to izveidoja. Labākais veids, kā lāzera gravēšana, nav atrodams: skaitļi, izlaišanas laiks, ilgs laiks, pat uz kustīgām detaļām, kurām palielinās abrāzijas risks. Lāzera iekārtai šajā gadījumā vajadzētu raksturot lielāku jaudu, kā arī drošību. Galu galā, ja gravējot vismaz daļu no procentiem, mainās metāla daļas īpašums, tas var reaģēt atšķirīgi no ārējā efekta. Piemēram, pārtraukums uzraksta vietā. Tomēr vienkāršāka un lētāka iekārta ir piemērota vietējai lietošanai.