Solid-state laser: beginsel van werking, toepassing

2024 Outeur: Howard Calhoun | [email protected]. Laas verander: 2023-12-17 10:16

Hierdie artikel wys wat die bronne van monochromatiese bestraling is en watter voordele 'n vastestoflaser bo ander tipes het. Dit vertel hoe die generering van koherente straling plaasvind, waarom die gepulseerde toestel kragtiger is, waarom gravering nodig is. Dit bespreek ook die drie noodsaaklike elemente van 'n laser en hoe dit werk.

Sone-teorie

Voordat daar gepraat word oor hoe 'n laser (soliede toestand, byvoorbeeld) werk, moet sommige fisiese modelle oorweeg word. Almal onthou uit skoollesse dat elektrone om die atoomkern geleë is in sekere bane, of energievlakke. As ons nie een atoom tot ons beskikking het nie, maar baie, dit wil sê, ons beskou enige volumetriese liggaam, dan ontstaan daar een moeilikheid.

Volgens die Pauli-beginsel kan daar in 'n gegewe liggaam met dieselfde energie net een elektron wees. Boonop bevat selfs die kleinste sandkorrel 'n groot aantal atome. In hierdie geval het die natuur 'n baie elegante uitweg gevind - die energie van elkeenelektron verskil van die energie van die naburige een met 'n baie klein, amper ononderskeibare hoeveelheid. In hierdie geval word alle elektrone van dieselfde vlak in een energieband "saamgepers". Die sone waarin die elektrone die verste van die kern geleë is, word die valensone genoem. Die sone wat dit volg, het 'n hoër energie. Daarin beweeg elektrone vrylik, en dit word die geleidingsband genoem.

Emissie en absorpsie

Enige laser (vaste toestand, gas, chemikalieë) werk volgens die beginsels van elektronoorgang van een sone na 'n ander. As lig op die liggaam val, gee die foton die elektron genoeg krag om dit in 'n hoër energietoestand te plaas. En omgekeerd: wanneer 'n elektron van die geleidingsband na die valensband beweeg, straal dit een foton uit. As die stof 'n halfgeleier of diëlektrikum is, word die valensie- en geleidingsbande geskei deur 'n interval waarin daar nie 'n enkele vlak is nie. Gevolglik kan elektrone nie daar wees nie. Hierdie interval word die bandgaping genoem. As die foton genoeg energie het, spring die elektrone oor hierdie interval.

Generation

Die beginsel van werking van 'n vastestoflaser is gebaseer op die feit dat 'n sogenaamde inverse vlak in die bandgaping van 'n stof geskep word. Die leeftyd van 'n elektron op hierdie vlak is langer as die tyd wat dit in die geleidingsband deurbring. Dus, in 'n sekere tydperk is dit daarop dat elektrone "opgaar". Dit word inverse populasie genoem. Wanneer verby so 'n vlak stippelelektrone, 'n foton van die verlangde golflengte slaag, veroorsaak dit die gelyktydige opwekking van 'n groot aantal liggolwe van dieselfde lengte en fase. Dit wil sê, die elektrone in 'n stortvloed gaan almal gelyktydig na die grondtoestand oor, wat 'n straal monochromatiese fotone met 'n voldoende hoë krag genereer. Daar moet kennis geneem word dat die hoofprobleem van die ontwikkelaars van die eerste laser die soektog was na so 'n kombinasie van stowwe waarvoor 'n omgekeerde bevolking van een van die vlakke moontlik sou wees. Die gelegeerde robyn het die eerste werkende stof geword.

Laser Composition

Die vastestoflaser verskil nie van ander tipes wat sy hoofkomponente betref nie. Die werkende liggaam, waarin die omgekeerde populasie van een van die vlakke uitgevoer word, word deur een of ander ligbron verlig. Dit word pomp genoem. Dikwels kan dit 'n gewone gloeilamp of 'n gasontladingsbuis wees. Twee parallelle ente van die werkende vloeistof ('n vastestoflaser beteken 'n kristal, 'n gaslaser beteken 'n verdroogde medium) vorm 'n stelsel van spieëls, of 'n optiese resonator. Dit versamel slegs die fotone wat parallel met die uitlaat gaan in 'n bundel. Vastetoestandlasers word gewoonlik met flitslampe gepomp.

tipes vastestoflasers

Afhangende van die manier waarop die laserstraal uitgaan, word deurlopende en gepulseerde lasers onderskei. Elkeen van hulle vind toepassing en het sy eie kenmerke. Die belangrikste verskil is dat gepulseerde vastestoflasers 'n hoër krag het. Want vir elke skootDit lyk asof fotone "ophoop", dan is een puls in staat om meer energie te lewer as deurlopende generasie oor 'n soortgelyke tydperk. Hoe korter die impuls duur, hoe kragtiger elke "skoot". Op die oomblik is dit tegnologies moontlik om 'n femtosekonde laser te bou. Een van sy impulse duur ongeveer 10-15 sekondes. Hierdie afhanklikheid hou verband met die feit dat die prosesse van terugbevolking hierbo beskryf baie, baie min duur. Hoe langer dit neem om te wag voordat die laser "skiet", hoe meer elektrone het tyd om die inverse vlak te verlaat. Gevolglik word die konsentrasie van fotone en die energie van die uitsetbundel verminder.

Lasergravering

Patrone op die oppervlak van metaal- en glasdinge versier die daaglikse lewe van 'n persoon. Hulle kan meganies, chemies of met 'n laser toegedien word. Die laaste metode is die modernste. Die voordele daarvan bo ander metodes is soos volg. Aangesien daar geen direkte impak op die oppervlak is wat behandel moet word nie, is dit byna onmoontlik om 'n ding te beskadig in die proses om 'n patroon of inskripsie aan te bring. Die laserstraal brand baie vlak groewe uit: die oppervlak met so 'n gravering bly glad, wat beteken dat die ding nie beskadig is nie en langer sal hou. In die geval van metaal verander die laserstraal die struktuur van die stof, en die inskripsie sal vir baie jare nie uitgevee word nie. As 'n ding versigtig gebruik word, nie in suur gedompel word nie en nie vervorm word nie, sal die patroon daarop beslis vir 'n paar generasies behoue bly. Dit is die beste om 'n vastestof gepulseerde laser vir gravure te kies om twee redes: vaste toestand prosessemakliker om te bestuur, en dit is optimaal in terme van krag en prys.

Installasie

Daar is spesiale instellings vir gravure. Benewens die laser self, bestaan hulle uit meganiese leiers waarlangs die laser beweeg, en beheertoerusting (rekenaar). Die lasermasjien word in baie vertakkings van menslike aktiwiteite gebruik. Hierbo het ons gepraat oor die versiering van huishoudelike items. Persoonlike eetgerei, aanstekers, glase, horlosies sal vir 'n lang tyd in die gesin bly en sal jou aan gelukkige oomblikke herinner.

Nie net huishoudelike goedere nie, maar ook industriële goedere het egter lasergravure nodig. Groot fabrieke, soos motors, vervaardig onderdele in groot hoeveelhede: honderdduisende of miljoene. Elke so 'n element moet gemerk word - wanneer en wie dit geskep het. Daar is geen beter manier as lasergravering nie: getalle, produksietyd, dienslewe sal vir 'n lang tyd bly, selfs op bewegende dele, waarvoor daar 'n verhoogde risiko van skuur is. Die lasermasjien in hierdie geval moet onderskei word deur verhoogde krag, sowel as veiligheid. Per slot van rekening, as gravering die eienskap van 'n metaaldeel selfs met 'n fraksie van 'n persent verander, kan dit anders reageer op eksterne invloede. Breek byvoorbeeld by die plek waar die inskripsie aangebring is. Vir huishoudelike gebruik is 'n eenvoudiger en goedkoper installasie egter geskik.