Laser στερεό: αρχές λειτουργίας, την εφαρμογή

Το άρθρο αυτό δείχνει ποιες είναι οι πηγές μονοχρωματικής ακτινοβολίας και ποια είναι τα πλεονεκτήματα μιας στερεάς κατάστασης λέιζερ σε σχέση με άλλους τύπους. Εδώ μας λένε πως υπάρχει μια γενιά ασύμφωνη ακτινοβολία, γιατί η συσκευή παλμών πιο ισχυρή, αυτό που χρειάζεται χαρακτική. Υπάρχει, επίσης, θεωρείται τρία απαιτούμενο στοιχείο λέιζερ και πώς λειτουργεί.

θεωρία μπάντα

Πριν μιλήσουμε για το πώς να λειτουργήσει το λέιζερ (στερεάς κατάστασης, για παράδειγμα), θα πρέπει να εξετάσει μερικά από τα φυσικό μοντέλο. Από τα μαθήματα του σχολείου θυμηθεί κανείς ότι τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα που διοργανώνονται σε συγκεκριμένες τροχιές και τα επίπεδα ενέργειας. Αν έχουμε στη διάθεσή μας δεν είναι ένα άτομο, και πολλά, δηλαδή, θεωρούμε κάθε τρισδιάστατο σώμα, υπάρχει ένα πρόβλημα.

Σύμφωνα με την αρχή του Pauli, σε αυτό το σώμα με μία και την ίδια ενέργεια μπορεί να είναι μόνο ένα ηλεκτρόνιο. Έτσι, ακόμη και η μικρότερη των κόκκων περιέχει ένα μεγάλο αριθμό ατόμων. Η φύση έχει βρεθεί στην περίπτωση αυτή είναι πολύ ευγενική εξόδου - η ενέργεια της κάθε ενέργειας ηλεκτρόνιο διαφορετικό από ένα παρακείμενο σε ένα πολύ μικρό, σχεδόν δυσδιάκριτη ποσό. Σε αυτή την περίπτωση όλα τα ηλεκτρόνια ενός επιπέδου «πιέζεται» σε μια ενιαία ενεργειακή ζώνη. Μια περιοχή στην οποία βρίσκονται πιο απομακρυσμένα από τις βασικές ηλεκτρόνια, που ονομάζεται σθένους. Ακολουθήστε περιοχή της έχει υψηλότερη ενέργεια. Είναι ηλεκτρόνια κινούνται ελεύθερα, και ονομάζεται ζώνη αγωγιμότητας.

Εκπομπή και απορρόφηση

Οποιαδήποτε λέιζερ (solid-state, αέριο, χημικών) λειτουργεί πάνω στις αρχές της μετάβασης ηλεκτρονίου από μία ζώνη στην άλλη. Αν το σώμα σας έχει εκτεθεί στο φως, το φωτόνιο σε ένα ηλεκτρόνιο δίνει αρκετή ενέργεια για να ήταν σε μια υψηλότερη ενεργειακή κατάσταση. Αντιστρόφως, όταν ένα ηλεκτρόνιο μεταφέρεται από τη ζώνη αγωγιμότητας στο σθένος, εκπέμπει ένα φωτόνιο. Εάν το υλικό είναι ένας ημιαγωγός ή ένα μονωτικό υλικό, το σθένος και ζώνη αγωγιμότητας χωρίζονται από ένα διάστημα στο οποίο κανένα επίπεδο. Κατά συνέπεια, τα ηλεκτρόνια δεν μπορεί να υπάρξει. Αυτό το διάστημα ονομάζεται το χάσμα ζωνών. Αν το φωτόνιο έχει αρκετή ενέργεια, τα ηλεκτρόνια άλμα ξεπεραστεί αυτό το διάστημα.

γενεά

Η αρχή λειτουργίας του στερεάς κατάστασης λέιζερ βασίζεται στο γεγονός ότι η ουσία στην απαγορευμένη ζώνη δημιουργείται ένα λεγόμενο ανεστραμμένη στρώμα. Electron ζωής σε αυτό το επίπεδο είναι υψηλότερο από ό, τι κατά τη διάρκεια της παραμονής του στη ζώνη αγωγιμότητας. Έτσι, σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα για να «συσσωρεύονται» ηλεκτρόνια. Αυτό ονομάζεται πληθυσμού αντιστροφή. Όταν αυτό το επίπεδο από διακεκομμένη ηλεκτρόνια, το φωτόνιο περνάει το επιθυμητό μήκος κύματος, προκαλεί την ταυτόχρονη παραγωγή ενός μεγάλου αριθμού πανομοιότυπων μήκους και της φάσης των κυμάτων φωτός. Δηλαδή, τα ηλεκτρόνια είναι χιονοστιβάδα μονομιάς στη θεμελιώδη κατάσταση, δημιουργώντας μια δέσμη μονοχρωματικού φωτονίων επαρκώς υψηλής ισχύος. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι το κύριο πρόβλημα της πρώτης ανάπτυξης λέιζερ ήταν να βρεθεί ένας τέτοιος συνδυασμός των ουσιών για τις οποίες θα ήταν δυνατόν πληθυσμού αντιστροφή ενός από τα επίπεδα. Ο χάλυβας ρουμπίνι μέσο κράματος πρώτα εργασίας.

Η σύνθεση του λέιζερ

Στερεάς κατάστασης λέιζερ σχετικά με τα κύρια συστατικά είναι διαφορετικό από τα άλλα είδη. Το εργαζόμενο ρευστό, στο οποίο ο πληθυσμός αναστροφή των ένα από τα επίπεδα, φωτίζεται από μια πηγή φωτός. Ονομάζεται άντλησης. μπορεί συχνά να είναι ένα κανονικό λαμπτήρα πυρακτώσεως ή ένα σωλήνα εκκενώσεως αερίου. Δύο παράλληλες εκτεινόμενο άκρο του εργαζόμενου ρευστού (κρύσταλλο λέιζερ στερεάς κατάστασης υποθέτει, αέριο - α ατμόσφαιρα κενού) σχηματίζουν ένα σύστημα κατόπτρων, ή ένα οπτικό αντηχείο. Συλλέγει στη δέσμη μόνο εκείνα τα φωτόνια που είναι παράλληλες προς την έξοδο. Αντλούμενα στερεάς κατάστασης λέιζερ συνήθως λαμβάνει χώρα μέσω λάμπες φλας.

Τα είδη των λέιζερ στερεάς κατάστασης

Ανάλογα με την κατάσταση της εξόδου της δέσμης λέιζερ διακρίνει συνεχή και παλμική λέιζερ. Κάθε ένα από αυτά χρησιμοποιείται και έχει τα δικά της χαρακτηριστικά. Η κύρια διαφορά - παλμικά λέιζερ στερεάς κατάστασης έχουν μεγαλύτερη χωρητικότητα. Δεδομένου ότι για κάθε φωτόνια πυροβολισμό σαν «συσσωρεύονται», τότε ένας παλμός είναι σε θέση να παρέχει υψηλότερη ενέργεια από τα συστήματα συνεχούς ταλάντωσης για την ίδια χρονική περίοδο. Όσο μικρότερος είναι ο παλμός διαρκεί, το πιο ισχυρό κάθε «πυροβόλησε». Αυτή τη στιγμή, είναι τεχνολογικά δυνατή η κατασκευή ενός femtosecond laser. Ένα από τα παλμού του διαρκεί περίπου 10 ^{έως 15} δευτερόλεπτα. Τέτοια εξάρτηση σχετίζεται με το γεγονός ότι ο πληθυσμός των αντίστροφης διεργασίες όπως περιγράφεται παραπάνω διαρκεί πολύ πολύ μικρό. Όσο μεγαλύτερη είναι η ανάγκη να περιμένετε προτού να «πυροβολούν» με λέιζερ, τα περισσότερα ηλεκτρόνια έχουν το χρόνο να φύγει από το ανεστραμμένο επίπεδο. Κατά συνέπεια, η μειωμένη συγκέντρωση και φωτονίων ενέργειας της δέσμης εξόδου.

εγχάραξη με λέιζερ

Τα μοτίβα στην επιφάνεια του μετάλλου και γυαλιού αντικείμενα διακοσμημένα με την καθημερινή ζωή ενός ατόμου. Μπορούν να εφαρμοστούν μηχανικά, χημικά ή με λέιζερ. Η τελευταία μέθοδος είναι η πιο σύγχρονη. Τα πλεονεκτήματά του σε σχέση με άλλες μεθόδους ως εξής. Από μια άμεση επίπτωση στην επιφάνεια εργασίας δεν είναι παρούσα, είναι σχεδόν αδύνατο να βλάψει το πράγμα κατά τη διαδικασία της εφαρμογής ενός σχεδίου ή επιγραφή. Η εγκαύματα ακτίνα λέιζερ πολύ ρηχά αυλάκι: επιφάνεια χαραγμένη με τις παραμένει λείο και, ως εκ τούτου, το πράγμα δεν έχει υποστεί βλάβη και θα διαρκέσει περισσότερο. Στην περίπτωση της δέσμης μετάλλων με λέιζερ αλλάζει την ίδια τη δομή της ύλης, και οι λέξεις δεν θα εξασθενίσει εδώ και πολλά χρόνια. Αν το πράγμα που χρησιμοποιείται με προσοχή, μην το βυθίζετε σε οξύ ή παραμορφώνονται, τότε πολλές γενιές πρότυπο για την ακρίβεια διατηρούνται. Εγχάραξη με λέιζερ είναι καλύτερα να επιλέξετε ένα στερεάς κατάστασης μεταγωγής για δύο λόγους: οι διαδικασίες σε στερεά είναι πιο εύκολο να διαχειριστεί, και είναι η βέλτιστη για την αναλογία της παραγωγής και των τιμών.

εγκατάσταση

Χαρακτική, υπάρχουν ειδικές εγκατάστασης. Εκτός από την άμεση λέιζερ, αποτελούνται από ένα μηχανικό οδηγό, στο οποίο κινείται με λέιζερ, και εξοπλισμός παρακολούθησης (υπολογιστή). μηχάνημα λέιζερ χρησιμοποιείται σε πολλούς τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας. Πάνω από μιλήσαμε για τη διακόσμηση αντικείμενα καθημερινής χρήσης. Εγγεγραμμένοι μαχαιροπίρουνα, αναπτήρες, γυαλιά, ρολόγια για μεγάλο χρονικό διάστημα θα παραμείνει στην οικογένεια και θα θυμίζει τις ευτυχισμένες στιγμές.

Ωστόσο, δεν είναι μόνο εγχώρια αλλά και τα βιομηχανικά προϊόντα απαιτούν χάραξη με λέιζερ. Οι μεγάλες μονάδες, όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, κυκλοφόρησε λεπτομέρειες για τεράστια νούμερα: εκατοντάδες χιλιάδες ή εκατομμύρια. Κάθε στοιχείο πρέπει να φέρουν σήμανση - πότε και ποιος το δημιούργησε. Καλύτερος τρόπος από την εγχάραξη με λέιζερ, για να μη, ώρα παράδοσης, η διάρκεια ζωής θα είναι μακρύς ακόμα και για τα κινούμενα μέρη, η οποία αυξάνει τον κίνδυνο τριβή. μηχάνημα λέιζερ, σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να χαρακτηρίζεται από υψηλή ικανότητα και την ασφάλεια. Μετά από όλα, εάν η χαρακτική τουλάχιστον ένα κλάσμα της αλλαγής τοις εκατό οι ιδιότητες των μεταλλικών μερών, μπορεί να αντιδράσει με διαφορετικό τρόπο σε εξωτερικά ερεθίσματα. Για παράδειγμα, ένα διάλειμμα στο σημείο εφαρμογής της επιγραφής. Ωστόσο, κατάλληλο για οικιακή χρήση απλούστερη και φθηνότερη εγκατάσταση.