Principo de Lasera Generacio

Kial ni bezonas scii la principon de laseroj?

Sciante la diferencojn inter oftaj semikonduktaĵaj laseroj, fibroj, diskoj, kajYAG laseropovas ankaŭ helpi akiri pli bonan komprenon kaj okupiĝi pri pli da diskutoj dum la elektprocezo.

La artikolo ĉefe temigas popularan sciencon: mallonga enkonduko al la principo de lasergenerado, la ĉefa strukturo de laseroj, kaj pluraj oftaj tipoj de laseroj.

Unue, la principo de lasera generacio

Lasero estas generita tra la interagado inter lumo kaj materio, konata kiel stimulita radiada plifortigo; Kompreni stimulitan radiadplifortigon postulas kompreni la konceptojn de Einstein de spontanea emisio, stimulita sorbado kaj stimulita radiado, same kiel kelkajn necesajn teoriajn fundamentojn.

Teoria Bazo 1: Bohr-Modelo

La Bohr-modelo plejparte disponigas la internan strukturon de atomoj, faciligante kompreni kiel laseroj okazas. Atomo estas kunmetita de nukleo kaj elektronoj ekster la nukleo, kaj la orbitaloj de elektronoj ne estas arbitraj. Elektronoj nur havas certajn orbitalojn, inter kiuj la plej interna orbitalo estas nomita la bazstato; Se elektrono estas en la baza stato, ĝia energio estas la plej malalta. Se elektrono saltas el orbito, ĝi estas nomita la unua ekscitita stato, kaj la energio de la unua ekscitita stato estos pli alta ol tiu de la bazstato; Alia orbito estas nomita la dua ekscitita stato;

La kialo kial lasero povas okazi estas ĉar elektronoj moviĝos en malsamaj orbitoj en ĉi tiu modelo. Se elektronoj sorbas energion, ili povas kuri de la baza stato al la ekscitita stato; Se elektrono revenas de la ekscitita stato al la bazstato, ĝi liberigos energion, kiu ofte estas liberigita en formo de lasero.

Teoria Bazo 2: Stimulita Radiado-Teorio de Einstein

En 1917, Einstein proponis la teorion de stimulita radiado, kiu estas la teoria bazo por laseroj kaj laserproduktado: la sorbado aŭ emisio de materio estas esence la rezulto de la interago inter la radiada kampo kaj la partikloj kiuj konsistigas materion, kaj ĝia kerno. esenco estas la transiro de partikloj inter malsamaj energiniveloj. Estas tri malsamaj procezoj en la interagado inter lumo kaj materio: spontanea emisio, stimulita emisio kaj stimulita sorbado. Por sistemo enhavanta grandan nombron da partikloj, tiuj tri procezoj ĉiam kunekzistas kaj estas proksime rilataj.

Spontanea emisio:

Kiel montrite en la figuro: elektrono sur la altenergia nivelo E2 spontane transiras al la malaltenergia nivelo E1 kaj elsendas fotonon kun energio de hv, kaj hv=E2-E1; Ĉi tiu spontanea kaj senrilata transirprocezo estas nomita spontanea transiro, kaj la lumondoj elsenditaj per spontaneaj transiroj estas nomitaj spontanea radiado.

La karakterizaĵoj de spontanea emisio: Ĉiu fotono estas sendependa, kun malsamaj direktoj kaj fazoj, kaj la okazotempo ankaŭ estas hazarda. Ĝi apartenas al nekohera kaj kaosa lumo, kiu ne estas la lumo postulata de la lasero. Tial, la lasergeneracia procezo bezonas redukti ĉi tiun tipon de vaga lumo. Ĉi tio ankaŭ estas unu el la kialoj, kial la ondolongo de diversaj laseroj havas vagan lumon. Se kontrolite bone, la proporcio de spontanea emisio en la lasero povas esti ignorita. Ju pli pura estas la lasero, kiel 1060 nm, ĝi estas ĉio 1060 nm, Ĉi tiu tipo de lasero havas relative stabilan absorbadon kaj potencon.

Stimulita sorbado:

Elektronoj ĉe malaltaj energiniveloj (malaltaj orbitaloj), post absorbado de fotonoj, transiras al pli altaj energiniveloj (altaj orbitaloj), kaj ĉi tiu procezo nomiĝas stimulita sorbado. Stimulita sorbado estas decida kaj unu el la ĉefaj pumpadprocezoj. La pumpilfonto de la lasero disponigas fotonenergion por kaŭzi partiklojn en la gajnmedio al transiro kaj atendi stimulitan radiadon sur pli altaj energiniveloj, elsendante la laseron.

Stimulita radiado:

Se surradiite per la lumo de ekstera energio (hv=E2-E1), la elektrono ĉe la alta energinivelo estas ekscitita per la ekstera fotono kaj saltas al la malalta energinivelo (la alta orbito kuras al la malalta orbito). Samtempe, ĝi elsendas fotonon kiu estas ĝuste la sama kiel la ekstera fotono. Ĉi tiu procezo ne sorbas la originan ekscitan lumon, do estos du identaj fotonoj, kiuj povas esti komprenitaj kiel la elektrono kraĉas la antaŭe sorbitan fotonon, Ĉi tiu lumineska procezo nomiĝas stimulita radiado, kiu estas la inversa procezo de stimulita sorbado.

Post kiam la teorio estas klara, estas tre simple konstrui laseron, kiel montrite en la supra figuro: en normalaj kondiĉoj de materiala stabileco, la granda plimulto de elektronoj estas en la bazstato, elektronoj en la bazstato, kaj lasero dependas de stimulita radiado. Sekve, la strukturo de la lasero devas permesi stimulitan sorbadon okazi unue, alportante elektronojn al la alta energia nivelo, kaj tiam provizante eksciton por kaŭzi grandan nombron da altenerginivelaj elektronoj sperti stimulitan radiadon, liberigante fotonojn, De ĉi tio, lasero povas esti generita. Poste, ni enkondukos la laseran strukturon.

Lasera strukturo:

Parigu la laseran strukturon kun la lasergeneraciaj kondiĉoj menciitaj antaŭe unu post la alia:

Kondiĉo de okazo kaj responda strukturo:

1. Estas gajna medio, kiu provizas plifortigan efikon kiel la lasera labormedio, kaj ĝiaj aktivigitaj partikloj havas energinivelan strukturon taŭgan por generi stimulitan radiadon (ĉefe kapabla pumpi elektronojn al alt-energiaj orbitaloj kaj ekzisti dum certa tempodaŭro. , kaj poste liberigas fotonojn en unu spiro per stimulita radiado);

2. Estas ekstera ekscitfonto (pumpila fonto), kiu povas pumpi elektronojn de la malsupra nivelo al la supra nivelo, kaŭzante partiklan nombron inverson inter la supraj kaj malsupraj niveloj de la lasero (t.e., kiam estas pli da alt-energiaj partikloj ol malaltenergiaj partikloj), kiel ekzemple la ksenonlampo en YAG-laseroj;

3. Estas resonanca kavo, kiu povas atingi laseran osciladon, pliigi la laboran longon de la lasera labormaterialo, ekranu la lum-ondan reĝimon, kontroli la disvastigdirekton de la trabo, selekteme plifortigi la stimulitan radiadon por plibonigi monokromatikecon (certante ke la lasero estas eligita je certa energio).

La responda strukturo estas montrita en la supra figuro, kiu estas simpla strukturo de YAG-lasero. Aliaj strukturoj povas esti pli kompleksaj, sed la kerno estas ĉi tio. La lasergeneracia procezo estas montrita en la figuro:

Lasera klasifiko: ĝenerale klasita laŭ gajna medio aŭ laŭ lasera energio formo

Akiru mezan klasifikon:

Karbondioksida lasero: La gajna medio de karbondioksida lasero estas heliumo kajCO2-lasero,kun lasera ondolongo de 10.6um, kiu estas unu el la plej fruaj laseraj produktoj lanĉitaj. La frua lasera veldado baziĝis ĉefe sur karbondioksida lasero, kiu nuntempe estas ĉefe uzata por veldado kaj tranĉado de nemetalaj materialoj (ŝtofoj, plastoj, ligno ktp.). Krome, ĝi ankaŭ estas uzata sur litografiomaŝinoj. Karbona dioksida lasero ne povas esti transdonita tra optikaj fibroj kaj vojaĝas tra spacaj optikaj vojoj, La plej frua Tongkuai estis farita relative bone, kaj multe da tranĉa ekipaĵo estis uzata;

YAG (itrio aluminio grenato) lasero: YAG-kristaloj dopitaj kun neodimo (Nd) aŭ itrio (Yb) metaljonoj estas utiligitaj kiel la lasergajnomedio, kun emisiondolongo de 1.06um. La YAG-lasero povas eligi pli altajn pulsojn, sed la averaĝa potenco estas malalta, kaj la pinta potenco povas atingi 15 fojojn la averaĝa potenco. Se ĝi estas ĉefe pulsa lasero, kontinua eligo ne povas esti atingita; Sed ĝi povas esti transdonita per optikaj fibroj, kaj samtempe, la sorbada indico de metalaj materialoj pliiĝas, kaj ĝi komencas esti aplikata en altaj reflektivecaj materialoj, unue aplikitaj en la kampo 3C;

Fibra lasero: La nuna ĉefa fluo en la merkato uzas iterbio-dopitan fibron kiel la gajnan medion, kun ondolongo de 1060nm. Ĝi estas plue dividita en fibro kaj disko laseroj bazita sur la formo de la medio; Fibro optika reprezentas IPG, dum disko reprezentas Tongkuai.

Semikonduktaĵa lasero: La gajna medio estas duonkondukta PN-krucvojo, kaj la ondolongo de la semikonduktaĵa lasero estas plejparte ĉe 976nm. Nuntempe, duonkonduktaĵoj preskaŭ-infraruĝaj laseroj estas ĉefe uzataj por tegaĵo, kun malpezaj punktoj super 600um. Laserline estas reprezenta entrepreno de semikonduktaĵaj laseroj.

Klasifikite per la formo de energia ago: Pulsa lasero (PULSO), kvazaŭ kontinua lasero (QCW), kontinua lasero (CW)

Pulsa lasero: nanosekundo, pikosekundo, femtosekundo, ĉi tiu altfrekvenca pulsa lasero (ns, pulslarĝo) ofte povas atingi altan pintenergion, altfrekvencan (MHZ) prilaboradon, uzatan por prilaborado de maldikaj kupraj kaj aluminio malsimilaj materialoj, kaj ankaŭ purigado plejparte. . Uzante altan pintenergion, ĝi povas rapide fandi la bazan materialon, kun malalta agadtempo kaj malgranda varmeca tuŝita zono. Ĝi havas avantaĝojn en prilaborado de ultra-maldikaj materialoj (sub 0.5mm);

Kvazaŭ kontinua lasero (QCW): Pro alta ripetado kaj malalta devociklo (sub 50%), la pulslarĝo deQCW-laseroatingas 50 us-50 ms, plenigante la interspacon inter kilovatnivela kontinua fibra lasero kaj Q-ŝaltita pulso lasero; La pinta potenco de kvazaŭ kontinua fibra lasero povas atingi 10 fojojn la averaĝan potencon sub kontinua reĝima operacio. QCW-laseroj ĝenerale havas du reĝimojn, unu estas kontinua veldado je malalta potenco, kaj la alia estas pulsata lasera veldado kun pinta potenco de 10 fojojn la averaĝa potenco, kiu povas atingi pli dikajn materialojn kaj pli varmegan veldon, dum ankaŭ kontrolas la varmegon ene de tre malgranda gamo;

Kontinua Lasero (CW): Ĉi tiu estas la plej ofte uzata, kaj la plej multaj el la laseroj viditaj sur la merkato estas CW-laseroj, kiuj senĉese eligas laseron por velda pretigo. Fibraj laseroj estas dividitaj en unu-reĝimajn kaj plur-reĝimajn laserojn laŭ malsamaj kernaj diametroj kaj radiokvalitoj, kaj povas esti adaptitaj al malsamaj aplikaj scenaroj.