Carson a dh'fheumas sinn a bhith eòlach air prionnsabal lasers?
Eòlas air na h-eadar-dhealachaidhean eadar lasers semiconductor cumanta, snàithleach, diosc, agusYAG leusaircuideachd cuideachadh gus tuigse nas fheàrr fhaighinn agus a dhol an sàs ann am barrachd chòmhraidhean tron phròiseas taghaidh.
Tha an artaigil gu sònraichte ag amas air saidheans mòr-chòrdte: ro-ràdh goirid air prionnsapal gineadh laser, prìomh structar lasers, agus grunn sheòrsan cumanta de lasers.
An toiseach, prionnsapal ginealach laser
Tha laser air a chruthachadh tron eadar-obrachadh eadar solas agus stuth, ris an canar leudachadh rèididheachd brosnaichte; Feumaidh tuigse air leudachadh rèididheachd brosnaichte tuigse fhaighinn air bun-bheachdan Einstein mu sgaoilidhean gun spionnadh, in-ghabhail bhrosnachail, agus rèididheachd brosnachail, a bharrachd air cuid de bhunaitean teòiridheach riatanach.
Bun-stèidh Teòiridheach 1: Modail Bohr
Tha modal Bohr gu ìre mhòr a’ toirt seachad structar a-staigh dadaman, ga dhèanamh furasta tuigsinn mar a tha lasers a’ tachairt. Tha atom air a dhèanamh suas de niuclas agus dealanan taobh a-muigh an niuclas, agus chan eil orbitals dealanan neo-riaghailteach. Chan eil ach orbitals sònraichte aig electronan, agus am measg sin canar staid na talmhainn ris an orbital as fhaide a-staigh; Ma tha dealan ann an staid na talmhainn, is e an lùth aige an ìre as ìsle. Ma leumas an dealan a-mach à orbit, canar a’ chiad staid togarrach ris, agus bidh lùths a’ chiad staid togarrach nas àirde na lùths staid na talmhainn; Canar orbit eile ris an dàrna staid togarrach;
Is e an adhbhar a dh’ fhaodadh laser tachairt air sgàth ‘s gun gluais dealanan ann an orbitan eadar-dhealaichte sa mhodail seo. Ma tha dealanan a’ gabhail a-steach lùth, faodaidh iad ruith bho staid na talmhainn gu staid togarrach; Ma thilleas dealan bhon staid toinnte gu staid na talmhainn, leigidh e lùth a-mach, a tha gu tric air a leigeil ma sgaoil ann an cruth leusair.
Bun-stèidh Teòiridheach 2: Teòiridh Rèididheachd Brosnaichte Einstein
Ann an 1917, mhol Einstein an teòiridh mu rèididheachd brosnachail, a tha na bhunait teòiridheach airson lasers agus cinneasachadh leusair: gu ìre mhòr tha gabhail a-steach no sgaoileadh stuth mar thoradh air an eadar-obrachadh eadar an raon rèididheachd agus na gràinean a tha a’ dèanamh suas stuth, agus a chridhe. Is e brìgh an gluasad de ghràineanan eadar diofar ìrean lùtha. Tha trì pròiseasan eadar-dhealaichte anns an eadar-obrachadh eadar solas agus cùis: sgaoileadh gun spionnadh, sgaoilidhean brosnachail, agus in-ghabhail bhrosnachail. Airson siostam anns a bheil àireamh mhòr de ghràineanan, bidh na trì pròiseasan sin an-còmhnaidh còmhla agus tha dlùth cheangal aca.
Sgaoileadh gun spionnadh:
Mar a chithear san fhigear: bidh dealan air an ìre àrd-lùth E2 a’ gluasad gu sporsail gu ìre lùth ìosal E1 agus a’ cur a-mach photon le lùth hv, agus hv=E2-E1; Canar eadar-ghluasad gun spionnadh ris a’ phròiseas gluasaid spontaneous agus neo-cheangailte seo, agus canar rèididheachd gun spionnadh ris na tonnan solais a thèid a sgaoileadh le eadar-ghluasadan gun spionnadh.
Feartan sgaoilidhean gun spionnadh: Tha gach photon neo-eisimeileach, le diofar stiùiridhean agus ìrean, agus tha an ùine tachartais cuideachd air thuaiream. Buinidh e do sholas neo-chinnteach agus chaotic, nach e an solas a dh 'fheumas an leusair. Mar sin, feumaidh am pròiseas gineadh laser an seòrsa seo de sholas air seachran a lughdachadh. Is e seo cuideachd aon de na h-adhbharan gu bheil solas air seachran aig tonn-tonn diofar lasers. Ma thèid smachd a chumail air gu math, faodar dearmad a dhèanamh air a’ chuibhreann de sgaoilidhean gun spionnadh anns an leusair. Mar as fìor-ghlan an leusair, leithid 1060 nm, tha e uile 1060 nm, Tha ìre sùghaidh agus cumhachd gu ìre mhath seasmhach aig an seòrsa laser seo.
Ion-ghabhail brosnachail:
Electrons aig ìrean lùtha ìosal (orbitals ìosal), às deidh dhaibh photons a ghabhail a-steach, gluasad gu ìrean lùtha nas àirde (orbitals àrd), agus canar in-ghabhail bhrosnachail ris a’ phròiseas seo. Tha sùghadh brosnachail deatamach agus aon de na prìomh phròiseasan pumpaidh. Bidh stòr pumpa an leusair a’ toirt seachad lùth photon gus gràineanan anns a’ mheadhan buannachd a ghluasad gu gluasad agus feitheamh ri rèididheachd brosnaichte aig ìrean lùtha nas àirde, a’ sgaoileadh an leusair.
Rèididheachd air a bhrosnachadh:
Nuair a thèid a irradachadh le solas lùth bhon taobh a-muigh (hv = E2-E1), tha an dealan aig an ìre lùth àrd air a mhisneachadh leis a’ photon a-muigh agus a’ leum chun ìre lùtha ìosal (bidh an orbit àrd a’ ruith chun orbit ìosal). Aig an aon àm, bidh e a 'toirt a-mach photon a tha dìreach an aon rud ris a' photan a-muigh. Chan eil am pròiseas seo a’ gabhail a-steach an t-solais excitation tùsail, agus mar sin bidh dà photon co-ionann ann, a dh’ fhaodar a thuigsinn leis gu bheil an dealanan a’ sgoltadh a-mach am foton a chaidh a ghabhail a-steach roimhe, Canar rèididheachd brosnaichte ris a’ phròiseas luminescence seo, a tha na phròiseas cùl de in-ghabhail bhrosnachail.
Às deidh an teòiridh a bhith soilleir, tha e gu math sìmplidh laser a thogail, mar a chithear san fhigear gu h-àrd: fo chumhachan àbhaisteach seasmhachd stuthan, tha a ’mhòr-chuid de eleactronan ann an staid na talmhainn, dealanan ann an staid na talmhainn, agus tha leusair an urra ri rèididheachd air a bhrosnachadh. Mar sin, is e structar an leusair leigeil le in-ghabhail bhrosnachail tachairt an-toiseach, a’ toirt dealanan chun ìre àrd lùtha, agus an uairsin a’ toirt spionnadh gus àireamh mhòr de eleactronan àrd-ìre lùtha a dhol tro rèididheachd brosnachail, a’ leigeil às photons, Bho seo, faodar laser a chruthachadh. An ath rud, bheir sinn a-steach an structar laser.
Structar laser:
Dèan maids eadar an structar leusair agus na cumhaichean gineadh laser a chaidh ainmeachadh na bu thràithe aon ri aon:
Suidheachadh an tachartais agus an structar co-fhreagarrach:
1. Tha meadhan buannachd ann a bheir seachad buaidh leudachaidh mar mheadhan obrach laser, agus tha structar ìre lùth aig na gràinean gnìomhaichte aige a tha iomchaidh airson rèididheachd brosnaichte a ghineadh (gu sònraichte comasach air dealanan a phumpadh gu orbitals àrd-lùth agus a bhith ann airson ùine sònraichte , agus an uairsin cuir a-mach photons ann an aon anail tro rèididheachd brosnachail);
2. Tha stòr excitation taobh a-muigh (stòr pumpa) ann a dh’ fhaodas dealanan a phumpadh bhon ìre ìosal chun na h-ìre as àirde, ag adhbhrachadh tionndadh àireamh mìrean eadar ìrean àrda is ìosal an leusair (ie, nuair a tha barrachd gràinean lùth àrd ann na tha mìrean lùth ìosal), leithid an lampa xenon ann an lasers YAG;
3. Tha cuas athshondach ann a dh’ fhaodas oscillation leusair a choileanadh, fad obrach an stuth obrach leusair àrdachadh, sgrìonadh modh tonn an t-solais, smachd a chumail air stiùireadh iomadachaidh an t-seam, leudaich gu roghnach tricead rèididheachd brosnaichte gus monochromaticity adhartachadh (a’ dèanamh cinnteach gu bheil an leusair air a thoirt a-mach aig lùth sònraichte).
Tha an structar co-fhreagarrach air a shealltainn anns an fhigear gu h-àrd, a tha na structar sìmplidh de leusair YAG. Faodaidh structaran eile a bhith nas iom-fhillte, ach is e seo am prìomh adhbhar. Tha am pròiseas gineadh laser air a shealltainn anns an fhigear:
Seòrsachadh laser: mar as trice air a sheòrsachadh a rèir meadhan buannachd no le cruth lùth laser
Faigh seòrsachadh meadhanach:
Leusair carbon dà-ogsaid: Is e am meadhan buannachd de leusair carbon dà-ogsaid helium agusleusair CO2,le tonn-tonn laser de 10.6um, a tha mar aon de na toraidhean laser as tràithe a thèid a chuir air bhog. Bha an tàthadh laser tràth stèidhichte sa mhòr-chuid air leusair carbon dà-ogsaid, a tha an-dràsta air a chleachdadh sa mhòr-chuid airson tàthadh agus gearradh stuthan neo-mheatailteach (aodach, plastaic, fiodh, msaa). A bharrachd air an sin, tha e cuideachd air a chleachdadh air innealan lithography. Chan urrainnear leusair carbon dà-ogsaid a ghluasad tro fhrith-fhrith-rathaidean optigeach agus siubhal tro shlighean optigeach spàsail, Chaidh an Tongkuai as tràithe a dhèanamh gu ìre mhath, agus chaidh tòrr uidheamachd gearraidh a chleachdadh;
Laser YAG (yttrium aluminium garnet): Thathas a’ cleachdadh criostalan YAG le ianan meatailt neodymium (Nd) no yttrium (Yb) mar mheadhan buannachd laser, le tonn-sgaoilidh de 1.06um. Faodaidh an laser YAG buillean nas àirde a thoirt a-mach, ach tha an cumhachd cuibheasach ìosal, agus faodaidh an cumhachd as àirde ruighinn 15 uair nas àirde na cumhachd cuibheasach. Mas e leusair pulse a th’ ann sa mhòr-chuid, chan urrainnear toradh leantainneach a choileanadh; Ach faodar a ghluasad tro snàithleach optigeach, agus aig an aon àm, tha an ìre sùghaidh de stuthan meatailt ag àrdachadh, agus tha e a ’tòiseachadh air a chuir an sàs ann an stuthan meòrachaidh àrd, air a chuir an sàs an toiseach ann an raon 3C;
Leusair fiber: Bidh am prìomh-shruth gnàthach sa mhargaidh a ’cleachdadh snàithleach dop ytterbium mar mheadhan buannachd, le tonn-tonn de 1060nm. Tha e air a roinn tuilleadh ann an snàithleach agus leusair diosc stèidhichte air cumadh a 'mheadhan; Tha fibre optic a’ riochdachadh IPG, agus tha diosc a’ riochdachadh Tongkuai.
Laser semiconductor: Is e snaim PN semiconductor a th ’anns a’ mheadhan buannachd, agus tha tonn-tonn an leusair leth-chonnsair gu ìre mhòr aig 976nm. An-dràsta, bithear a’ cleachdadh leusairean leth-chonnsair faisg air infridhearg sa mhòr-chuid airson còmhdachadh, le spotan aotrom os cionn 600um. Tha Laserline na iomairt riochdachaidh de lasers semiconductor.
Air a sheòrsachadh a rèir cruth gnìomh lùtha: leusair Pulse (PULSE), leusair leth-leantainneach (QCW), leusair leantainneach (CW)
Laser Pulse: nanosecond, picosecond, femtosecond, faodaidh an leusair cuisle àrd-tricead seo (ns, leud cuisle) gu tric giullachd lùth àrd àrd, tricead àrd (MHZ), air a chleachdadh airson stuthan tana copar agus alùmanum a ghiullachd, a bharrachd air glanadh sa mhòr-chuid . Le bhith a’ cleachdadh lùth stùc àrd, faodaidh e an stuth bunaiteach a leaghadh gu sgiobalta, le ùine gnìomh ìosal agus sòn fo bhuaidh teas beag. Tha buannachdan aige ann a bhith a’ giullachd stuthan ultra-tana (fo 0.5mm);
Laser Quasi leantainneach (QCW): Mar thoradh air ìre ath-aithris àrd agus cearcall dleastanais ìosal (fo 50%), leud cuisleleusair QCWruighinn 50 us-50 ms, a 'lìonadh a' bheàrn eadar kilowatt ìre leantainneach freumhag leusair agus Q-switched Pulse leusair; Faodaidh an ìre as àirde de chumhachd leusair snàithleach leth-leantainneach ruighinn 10 tursan nas àirde na an cumhachd cuibheasach fo obrachadh modh leantainneach. Mar as trice tha dà dhòigh aig lasers QCW, tha aon dhiubh na tàthadh leantainneach aig cumhachd ìosal, agus am fear eile tàthadh laser pulsed le cumhachd stùc de 10 tursan nas àirde na cumhachd cuibheasach, as urrainn stuthan nas tiugha agus barrachd tàthadh teas a choileanadh, agus aig an aon àm a’ cumail smachd air an teas taobh a-staigh a raon glè bheag;
Laser leantainneach (CW): Is e seo an fheadhainn as cumanta a thathas a ’cleachdadh, agus is e lasers CW a’ mhòr-chuid de na leusairean a chithear air a ’mhargaidh a bhios a’ toirt a-mach laser gu leantainneach airson giullachd tàthaidh. Tha lasers fiber air an roinn ann an leusairean aon-mhodh agus ioma-mhodh a rèir diofar phrìomh thrast-thomhas agus feartan beam, agus faodar an atharrachadh gu diofar shuidheachaidhean tagraidh.
Ùine puist: Dùbhlachd-20-2023
