Lazer katı hal: çalışma prensibi, uygulama

Bu makale kaynakları neler gösterirmonokromatik radyasyon ve lazerin diğer türlerden önce katı halde ne gibi avantajları vardır. Burada, tutarlı radyasyon oluşumunun nasıl meydana geldiği, nabız aygıtının neden daha güçlü olduğu, bunun için gravürün gerekli olduğu anlatılmaktadır. Ayrıca, lazerin üç zorunlu unsuru ve çalışması prensibi burada ele alınmaktadır.

Bölge teorisi

Lazerin nasıl çalıştığından bahsetmeden önce(örneğin, katı hal), bazı fiziksel modeller dikkate alınmalıdır. Okul derslerinden, elektronların belirli yörüngelerdeki atom çekirdeğinin etrafında veya enerji seviyelerinde bulunduğunu hatırlar. Eğer elimizde bir atom değil, birçoğumuz varsa, yani, üç boyutlu bir bedeni ele alırsak, o zaman bir zorluk vardır.

Pauli prensibine göre, bu bedende bir ile veAynı enerji sadece bir elektron olabilir. Bu durumda, en küçük kum tanesi bile çok sayıda atom içerir. Bu durumda doğa çok zarif bir çıkış yolu buldu - her elektronun enerjisi komşu elektronun enerjisinden çok küçük, neredeyse ayırt edilemez bir değerle farklıdır. Bu durumda, aynı seviyedeki tüm elektronlar bir enerji bölgesine "sıkıştırılır". Çekirdeğin en uzağındaki elektronların valans bandı denir. Bunu takip eden bölge daha yüksek bir enerjiye sahiptir. İçinde elektronlar serbestçe hareket eder ve iletim bandı olarak adlandırılır.

Emisyon ve Absorpsiyon

Herhangi bir lazer (katı hal, gaz, kimyasal)Bir elektronun bir bölgeden diğerine geçişinin prensipleri üzerinde çalışır. Işık vücuda düşerse, foton elektronu daha yüksek bir enerji durumunda görünmesini sağlayacak kadar güç verir. Ve tam tersi: bir elektron, iletim bandından bir valans değerine geçtiğinde, bir foton yayar. Madde bir yarı iletken veya dielektrik ise, değerlik ve iletkenlik bölgeleri, herhangi bir seviyenin olmadığı bir aralık ile ayrılır. Buna göre elektronlar orada olamaz. Bu aralığa yasak bölge denir. Bir foton yeterli enerjiye sahipse, elektronlar bu aralığı aniden aşarlar.

nesil

Katı hal lazerin çalışma prensibi dayanmaktadır.Maddenin yasak bölgesinde sözde bir ters seviyenin yaratılmış olması. Bu seviyede bir elektronun ömrü, iletim bandındaki zamanından daha yüksektir. Böylece, belli bir süre içinde elektronların "biriktiği" dir. Buna ters popülasyon denir. Gerekli dalga boyundaki bir foton, elektronlarla noktalı bir seviyeden geçtiğinde, eşit uzunlukta ve fazda çok sayıda ışık dalgasının aynı anda üretilmesine neden olur. Yani, çığın elektronları, aynı anda, yeterince yüksek güce sahip tek renkli fotonların bir demetini üreten, zemin durumuna geçer. İlk lazerin geliştiricilerinin temel probleminin, seviyelerden birinin tersine çevrilmiş bir popülasyonunun mümkün olabileceği maddelerin bir araya getirilmesi arayışına değdiğini belirtmek gerekir. İlk çalışma maddesi katkılı bir yakutdu.

Lazerin bileşimi

Ana bileşenler için katı hal lazeri değildiğer türlerden farklıdır. Seviyelerden birinin ters popülasyonunun gerçekleştirildiği çalışma gövdesi, bir ışık kaynağı tarafından aydınlatılır. Buna pompalama deniyor. Genellikle geleneksel bir akkor lamba veya bir gaz deşarj tüpü olabilir. Çalışma gövdesinin iki paralel ucu (katı hal lazeri bir kristal, bir gaz ortamı seyrek bir ortamdır) bir ayna sistemi veya bir optik rezonatör oluşturur. Kirişe sadece çıkışa paralel koşan fotonları toplar. Katı hal lazerlerinin pompalanması genellikle nabız lambalarının yardımıyla gerçekleşir.

Katı hal lazerlerinin çeşitleri

Lazer ışınının çıkış yöntemine bağlı olarakSürekli ve darbeli lazerler arasında ayrım yapar. Her biri uygulama bulur ve kendine özgü özellikleri vardır. Ana fark, darbeli katı hal lazerlerinin daha yüksek bir güce sahip olmasıdır. Her çekim için fotonlar "kazma" gibi göründüğü için, bir darbe benzer bir süre boyunca sürekli üretimden daha fazla enerji verebilmektedir. Darbe ne kadar az sürerse, her bir "atış" daha güçlüdür. Şu anda bir femtosaniye lazer oluşturmak için teknolojik olarak mümkündür. Bir dürtü yaklaşık 10 sürer^-15 saniye. Bu bağımlılık, yukarıda açıklanan ters popülasyonun süreçlerinin çok ama çok az olduğu gerçeği ile ilgilidir. Lazer "sürgün" önce beklemek için daha uzun sürer, daha fazla elektronlar ters seviyeyi bırakmak için zamana sahip olacaktır. Buna göre, foton konsantrasyonu ve çıkış ışınının enerjisi azalır.

Lazer Gravür

Metal ve cam yüzeyindeki desenlerşeyler insanın günlük hayatını süslüyor. Mekanik olarak, kimyasal olarak veya lazerle uygulanabilirler. İkinci yol en modern olanıdır. Diğer yöntemlere göre avantajları aşağıdaki gibidir. Tedavi edilen yüzey üzerinde doğrudan bir etki olmadığından, bir desen veya yazıtın uygulanması sürecinde bir şeye zarar vermek neredeyse imkansızdır. Lazer ışını çok sığ olukları yakar: bu tür gravürlü yüzey pürüzsüz kalır, yani şey hasar görmez ve daha uzun süre dayanır. Metal durumunda, lazer ışını maddenin yapısını değiştirir ve uzun yıllar boyunca yazıt silinmez. Dikkatlice bir şey kullanırsanız, asit içine daldırmayın ve deforme etmeyin, o zaman birkaç nesil için üzerinde desen tam olarak korunacaktır. Gravür lazer, iki nedenden ötürü bir katı hal darbesi seçmek için en iyisidir: bir katıdaki süreçlerin kontrol edilmesi daha kolaydır ve güç-fiyat oranı açısından en uygunudur.

tesisat

Gravür için özel ayarlar var. Lazerin kendisine ek olarak, lazer hareket eden mekanik kılavuzlardan ve izleme ekipmanından (bilgisayar) oluşmaktadır. Lazer makinesi, insan faaliyetinin birçok dalında kullanılır. Yukarıda ev eşyalarının dekorasyonundan bahsettik. Nominal çatal bıçak takımı, çakmaklar, gözlükler, saatler uzun süre ailede kalacaktır ve size mutlu anları hatırlatacaktır.

Ancak, sadece yerli değil, aynı zamanda endüstriyelürünlerin lazer gravürüne ihtiyacı vardır. Büyük fabrikalar, örneğin otomotiv, çok sayıda parça üretiyor: yüz binlerce veya milyonlarca. Her bir elemanın etiketlenmesi gerekir - ne zaman ve kim yarattı. Lazer kazıma işleminden en iyi yol bulunamamıştır: sayılar, serbest bırakma süresi, kullanım ömrü, aşınma riski arttıkça hareketli parçalarda bile uzun süre kalacaktır. Bu durumda lazer makinesi, artırılmış güç ve güvenlik ile karakterize edilmelidir. Sonuçta, gravür, en azından yüzde bir kesir, metal parçanın özelliğini değiştirirse, dış etkiye farklı tepki verebilir. Örneğin, yazıtın yerini kırın. Bununla birlikte, daha basit ve daha ucuz bir kurulum ev kullanımı için uygundur.