Carson a dh’fheumas sinn prionnsabal lasers a thuigsinn?
A bhith eòlach air na h-eadar-dhealachaidhean eadar leusairean leth-chonnsachaidh cumanta, snàithleanan, diosgan, agusLeusair YAGfaodaidh e cuideachd cuideachadh le bhith a’ faighinn tuigse nas fheàrr agus a’ gabhail pàirt ann am barrachd dheasbadan rè a’ phròiseas taghaidh.
Tha an t-artaigil ag amas sa mhòr-chuid air saidheans mòr-chòrdte: ro-ràdh goirid air prionnsapal gineadh leusair, prìomh structar leusairean, agus grunn sheòrsaichean cumanta de leusairean.
An toiseach, prionnsabal gineadh laser
Tha leusair air a chruthachadh tron eadar-obrachadh eadar solas agus stuth, ris an canar leudachadh rèididheachd brosnaichte; Gus tuigse fhaighinn air leudachadh rèididheachd brosnaichte feumaidh tuigse fhaighinn air bun-bheachdan Einstein mu sgaoileadh saor-thoileach, gabhail a-steach brosnaichte, agus rèididheachd brosnaichte, a bharrachd air cuid de bhunait teòiridheach riatanach.
Bunait Teòiridheach 1: Modail Bohr
Tha modail Bohr a’ toirt seachad structar a-staigh dadaman sa mhòr-chuid, ga dhèanamh furasta a thuigsinn mar a tha leusairean a’ tachairt. Tha dadam air a dhèanamh suas de niùclas agus dealanan taobh a-muigh an niùclas, agus chan eil orbitals dealanan neo-riaghailteach. Chan eil ach orbitals sònraichte aig dealanan, agus canar staid na talmhainn ris an orbital as fhaide a-staigh; ma tha dealan anns an staid talmhainn, is e an lùth aige an ìre as ìsle. ma leumas dealan a-mach à orbital, canar a’ chiad staid thogarrach ris, agus bidh lùth a’ chiad staid thogarrach nas àirde na lùth staid na talmhainn; canar an dàrna staid thogarrach ri orbital eile;
Is e an t-adhbhar a dh’ fhaodadh leusair tachairt gu bheil dealanan a’ gluasad ann an diofar orbitan sa mhodail seo. Ma bhios dealanan a’ gabhail a-steach lùth, faodaidh iad ruith bhon staid bhunasach chun na staid thogarrach; ma thilleas dealan bhon staid thogarrach chun na staid bhunasach, leigidh e lùth ma sgaoil, a thèid a leigeil ma sgaoil gu tric ann an cruth leusair.
Bunait Teòiridheach 2: Teòiridh Rèididheachd Brosnaichte Einstein
Ann an 1917, mhol Einstein teòiridh rèididheachd brosnaichte, a tha na bhunait theòiridheach airson leusairean agus cinneasachadh leusairean: tha gabhail a-steach no sgaoileadh stuth gu bunaiteach mar thoradh air an eadar-obrachadh eadar an raon rèididheachd agus na mìrean a tha a’ dèanamh suas stuth, agus is e a phrìomh bhunait gluasad mìrean eadar diofar ìrean lùtha. Tha trì pròiseasan eadar-dhealaichte anns an eadar-obrachadh eadar solas agus stuth: sgaoileadh gun spionnadh, sgaoileadh brosnaichte, agus gabhail a-steach brosnaichte. Airson siostam anns a bheil àireamh mhòr de mhìrean, bidh na trì pròiseasan seo an-còmhnaidh ann còmhla agus tha iad dlùth-cheangailte.
Sgaoileadh gun spionnadh:
Mar a chithear san fhigear: bidh dealan air an ìre àrd-lùtha E2 ag atharrachadh gu fèin-ghluasadach chun ìre ìosal-lùtha E1 agus a’ leigeil a-mach foton le lùth hv, agus hv=E2-E1; Canar gluasad fèin-ghluasadach ris a’ phròiseas gluasaid fèin-ghluasadach agus neo-cheangailte seo, agus canar rèididheachd fèin-ghluasadach ris na tonnan solais a thèid a sgaoileadh le gluasadan fèin-ghluasadach.
Feartan sgaoilidh gun spionnadh: Tha gach foton neo-eisimeileach, le diofar stiùiridhean agus ìrean, agus tha an t-àm tachartais air thuaiream cuideachd. Buinidh e do sholas neo-cho-leanailteach agus chaotic, nach e an solas a dh’ fheumas an laser. Mar sin, feumaidh am pròiseas gineadh laser an seòrsa solas sgaoilte seo a lughdachadh. Is e seo cuideachd aon de na h-adhbharan airson gu bheil solas sgaoilte aig tonn-fhaid diofar lasers. Ma thèid smachd math a chumail air, faodar dearmad a dhèanamh air co-roinn an sgaoilidh gun spionnadh anns an laser. Mar as glaine an laser, leithid 1060 nm, is e 1060 nm a th’ ann uile. Tha ìre gabhail agus cumhachd coimeasach seasmhach aig an t-seòrsa laser seo.
Gabhail a-steach air a bhrosnachadh:
Às dèidh dhaibh fotonan a ghabhail a-steach, bidh dealanan aig ìrean lùtha ìosal (orbitalan ìosal) ag atharrachadh gu ìrean lùtha nas àirde (orbitalan àrda), agus canar gabhail brosnaichte ris a’ phròiseas seo. Tha gabhail brosnaichte deatamach agus mar aon de na prìomh phròiseasan pumpaidh. Bidh stòr pumpaidh an leusair a’ toirt seachad lùth foton gus toirt air mìrean anns a’ mheadhan buannachd gluasad agus feitheamh ri rèididheachd brosnaichte aig ìrean lùtha nas àirde, a’ leigeil a-mach an leusair.
Rèididheachd brosnaichte:
Nuair a thèid a rèididheachd le solas lùtha bhon taobh a-muigh (hv=E2-E1), bidh an dealan aig an ìre lùtha àrd air a bhrosnachadh leis a’ foton bhon taobh 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’ leigeil a-mach foton a tha dìreach mar an ceudna ris a’ foton bhon taobh a-muigh. Chan eil am pròiseas seo a’ gabhail a-steach an solas brosnachaidh tùsail, agus mar sin bidh dà foton co-ionann ann, agus faodar seo a thuigsinn mar gum bi an dealan a’ tilgeil a-mach am foton a chaidh a ghabhail a-steach roimhe. Canar rèididheachd bhrosnaichte ris a’ phròiseas soilleasach seo, agus is e sin am pròiseas air ais de ghabhail a-steach brosnaichte.
Às dèidh don 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 na dealanan anns an staid talmhainn, dealanan anns an staid talmhainn, agus tha laser an urra ri rèididheachd brosnaichte. Mar sin, is e structar an laser leigeil le gabhail brosnaichte tachairt an toiseach, a’ toirt dealanan chun ìre lùtha àrd, agus an uairsin a’ toirt seachad brosnachadh gus adhbhrachadh gum bi àireamh mhòr de dealanan ìre lùtha àrd a’ faighinn rèididheachd brosnaichte, a’ leigeil ma sgaoil fotonan, Às an seo, faodar laser a chruthachadh. An ath rud, bheir sinn a-steach structar an laser.
Structar leusair:
Maidseadh structar an leusair leis na cumhaichean gineadh leusair a chaidh ainmeachadh roimhe aon às dèidh a chèile:
Suidheachadh an tachartais agus an structar co-fhreagarrach:
1. Tha meadhan buannachd ann a bheir buaidh leudachaidh mar mheadhan obrach an leusair, agus tha structar ìre lùtha aig na gràineanan gnìomhaichte aige a tha freagarrach airson rèididheachd brosnaichte a chruthachadh (gu ìre mhòr comasach air dealanan a phumpadh gu orbitalan àrd-lùtha agus a bhith ann airson ùine shònraichte, agus an uairsin fotonan a leigeil ma sgaoil ann an aon anail tro rèididheachd brosnaichte);
2. Tha stòr brosnachaidh taobh a-muigh ann (stòr pumpaidh) as urrainn dealanan a phumpadh bhon ìre as ìsle chun na h-ìre as àirde, ag adhbhrachadh tionndadh àireamh nam mìrean eadar ìrean àrda is ìosal an laser (ie, nuair a tha barrachd mhìrean àrd-lùtha na mìrean ìosal-lùtha ann), leithid an lampa xenon ann an lasers YAG;
3. Tha cuas ath-shondach ann a dh’ fhaodas crith leusair a choileanadh, fad obrach an stuth obrach leusair a mheudachadh, modh tonn solais a sgrionadh, stiùireadh iomadachaidh a’ ghatha a smachdachadh, tricead rèididheachd brosnaichte a mheudachadh gu roghnach gus aon-dathachd a leasachadh (a’ dèanamh cinnteach gu bheil an leusair air a thoirt a-mach aig lùth sònraichte).
Tha an structar co-fhreagarrach air a shealltainn san fhigear gu h-àrd, is e sin structar sìmplidh de leusair YAG. Dh’ fhaodadh structaran eile a bhith nas iom-fhillte, ach is e seo a’ chridhe. Tha am pròiseas gineadh leusair air a shealltainn san fhigear:
Seòrsachadh leusair: mar as trice air a sheòrsachadh a rèir meadhan buannachd no a rèir cruth lùth leusair
Seòrsachadh meadhanach buannachd:
Laser dà-ogsaid charboinIs e helium am meadhan buannachd airson laser dà-ogsaid charboin agusLeusair CO2,le tonn-fhaid laser de 10.6um, agus is e seo aon de na ciad thoraidhean laser a chaidh a chuir air bhog. Bha an tàthadh laser tràth stèidhichte sa mhòr-chuid air laser carbon dà-ogsaid, a thathas a’ cleachdadh an-dràsta sa mhòr-chuid airson stuthan neo-mheatailteach (aodach, plastaig, fiodh, msaa) a thàthadh agus a ghearradh. A bharrachd air an sin, thathas ga chleachdadh air innealan litografaidh cuideachd. Chan urrainnear laser carbon dà-ogsaid a thar-chur tro shnàithleanan optaigeach agus bidh e a’ siubhal tro shlighean optaigeach fànais. Bha an Tongkuai as tràithe air a dhèanamh gu math, agus chaidh tòrr uidheamachd gearraidh a chleachdadh;
Leusair YAG (garnet alùmanaim ittrium): Tha criostalan YAG air an dopadh le ianan meatailt neodymium (Nd) no ittrium (Yb) air an cleachdadh mar mheadhan buannachd leusair, le tonn-fhaid sgaoilidh de 1.06um. Faodaidh an leusair YAG cuislean nas àirde a thoirt a-mach, ach tha an cumhachd cuibheasach ìosal, agus faodaidh an cumhachd as àirde ruighinn 15 uiread na cumhachd cuibheasach. Mura h-eil e ach leusair cuisle, chan urrainnear toradh leantainneach a choileanadh; Ach faodar a thar-chur tro shnàithleanan optigeach, agus aig an aon àm, bidh ìre gabhail stuthan meatailt ag àrdachadh, agus tha e a’ tòiseachadh ga chur an sàs ann an stuthan àrd-fhaileasachd, air a chur an sàs an toiseach ann an raon 3C;
Leusair snàithleach: Tha am prìomh shruth sa mhargaidh an-dràsta a’ cleachdadh snàithleach le dopadh ytterbium mar mheadhan buannachd, le tonn-fhaid de 1060nm. Tha e air a roinn tuilleadh ann an leusairean snàithleach is diosc stèidhichte air cumadh a’ mheadhain; tha snàithleach optaigeach a’ riochdachadh IPG, agus tha diosc a’ riochdachadh Tongkuai.
Leusair leth-sheoltaiche: Is e snaim PN leth-sheoltaiche am meadhan buannachd, agus tha tonn-fhaid an leusair leth-sheoltaiche aig 976nm sa mhòr-chuid. An-dràsta, thathas a’ cleachdadh leusairean faisg air infridhearg leth-sheoltaiche sa mhòr-chuid airson còmhdach, le spotan solais os cionn 600um. Tha Laserline na iomairt riochdachail de leusairean leth-sheoltaiche.
Air an seòrsachadh a rèir cruth gnìomh lùtha: Leusair cuisle (PULSE), leusair leth-leantainneach (QCW), leusair leantainneach (CW)
Leusair cuisle: nanosecond, picosecond, femtosecond, is urrainn don leusair cuisle àrd-tricead seo (ns, leud cuisle) lùth-mhullaich àrd, giollachd àrd-tricead (MHZ) a choileanadh gu tric, air a chleachdadh airson stuthan tana copair is alùmanaim eadar-dhealaichte a ghiullachd, a bharrachd air glanadh sa mhòr-chuid. Le bhith a’ cleachdadh lùth-mhullaich àrd, faodaidh e an stuth bunaiteach a leaghadh gu sgiobalta, le ùine gnìomh ìosal agus sòn beag air a bheil buaidh teas. Tha buannachdan aige ann a bhith a’ giullachd stuthan ultra-thane (fo 0.5mm);
Leusair cha mhòr leantainneach (QCW): Air sgàth ìre ath-aithris àrd agus cearcall dleastanais ìosal (fo 50%), leud cuisleLeusair QCWruigidh e 50 us-50 ms, a’ lìonadh a’ bheàirn eadar laser snàithleach leantainneach ìre cileavat agus laser cuisle Q-switched; Faodaidh cumhachd as àirde laser snàithleach leantainneach cha mhòr ruighinn 10 uiread a’ chumhachd chuibheasach fo obrachadh modh leantainneach. San fharsaingeachd, tha dà mhodh aig lasers QCW, is e aon tàthadh leantainneach aig cumhachd ìosal, agus is e am fear eile tàthadh laser cuisleach le cumhachd as àirde de 10 uiread a’ chumhachd chuibheasach, a dh’ fhaodas stuthan nas tiugh agus barrachd tàthadh teas a choileanadh, agus aig an aon àm a’ cumail smachd air an teas taobh a-staigh raon glè bheag;
Leusair Leantainneach (CW): Is e seo an tè as cumanta a thathas a’ cleachdadh, agus is e leusairean CW a bhios a’ cur a-mach leusair gu leantainneach airson giullachd tàthaidh a’ mhòr-chuid de na leusairean a chithear air a’ mhargaidh. Tha leusairean snàithleach air an roinn ann an leusairean aon-mhodh agus ioma-mhodh a rèir diofar thrast-thomhas cridhe agus càileachd beam, agus faodar an atharrachadh gu diofar shuidheachaidhean tagraidh.
Àm puist: 20 Dùbhlachd 2023
