Lasersko trdno stanje: princip delovanja, uporaba

Ta članek prikazuje, kakšni so viri monokromatskega sevanja in kakšne prednosti ima laser pri strjevanju pred drugimi vrstami. Tukaj je povedano, kako se pojavi nastanek koherentnega sevanja, zakaj je impulzna naprava močnejša, za kar je potrebno gravirati. Tukaj so obravnavani tudi trije obvezni elementi laserskega in princip delovanja.

Teorija con

Preden govorite o tem, kako deluje laser (trdno stanje, na primer), je treba upoštevati nekatere fizikalne modele. Iz šolskih spoznanj se spominjamo, da se elektroni nahajajo okoli atomskega jedra v določenih orbitih ali ravneh energije. Če imamo na razpolago ne en atom, ampak mnogi, to je, menimo, katero koli tridimenzionalno telo, potem je ena težava.

Glede na Paulijevo načelo, V danem telesu z enako energijo je lahko samo en elektron. V tem primeru celo najmanjše zrn peska vsebuje veliko število atomov. Narava v tem primeru je našla zelo eleganten izhod - energija vsakega elektrona se razlikuje od energije sosednjega elektrona za zelo majhno, skoraj neizčrpno vrednost. V tem primeru se vsi elektroni enake ravni "stisnejo" v eno energijsko cono. Območje, v katerem so elektroni, ki so najbolj oddaljeni od jedra, imenujejo valenčni pas. Območje, ki sledi, ima višjo energijo. V njej se elektroni prosto gibljejo in se imenujejo pasovi prevodnosti.

Emisije in absorpcija

Vsak laser (polprevodniška, plinska, kemična) deluje na principu prenosa elektronov iz ene cone v drugo. Če svetloba pade na telo, foton daje elektronu dovolj moči, da se prikaže v višjem energijskem stanju. In obratno: ko prehaja elektron iz cone prevodnosti v valenco ena, oddaja en foton. Če je snov polprevodniški ali dielektrični, se valenčna in prevodna območja ločita z intervalom, v katerem ni ravni. Zato elektroni ne morejo biti tam. Ta interval se imenuje prepovedana cona. Če ima foton dovolj energije, potem elektroni nenadoma premostijo ta interval.

Generacija

Načelo delovanja trdnega laserja temelji na dejstvu, da se v prepovedanem območju snovi ustvari tako imenovana obratna raven. Življenjska doba elektronov na tej ravni je večja od časa v condukciji. Tako je v določenem časovnem obdobju na njej, da se "akumulirajo" elektroni. To se imenuje inverzna populacija. Ko foton zahtevane valovne dolžine poteka s takšno ravnjo, porazdeljeno z elektroni, povzroči hkratno generiranje velikega števila svetlobnih valov enake dolžine in faze. To pomeni, da elektroni plazov istočasno gredo v osnovno stanje in ustvarjajo žarek monokromatskih fotonov dovolj velike moči. Treba je omeniti, da je bila glavna težava razvijalcev prvega laserja iskanje kombinacije snovi, za katere bi bila mogoča obrnjena populacija ene od ravni. Prva delovna snov je bila dopiran ruby.

Sestava laserja

Laser trdne snovi za glavne sestavine se ne razlikuje od drugih vrst. Delovno telo, v katerem se izvaja inverzna populacija ene od nivojev, osvetljuje nekaj svetlobnega vira. Imenuje se črpanje. Pogosto je lahko običajna žarnica ali cev za odvajanje plina. Dva vzporedna konca delovnega telesa (polprevodni laser pomeni kristal, plinski medij je redek medij) tvorijo sistem zrcal ali optičnega resonatorja. V žarek zbira samo tiste fotone, ki potekajo vzporedno z vtičnico. Črpanje trdnih laserjev običajno poteka s pomočjo pulznih svetilk.

Vrste trdnih laserjev

Odvisno od metode proizvodnje laserskega žarka se razlikujejo kontinuirni in impulzni laserji. Vsak od njih najde aplikacijo in ima svoje posebnosti. Glavna razlika je v tem, da imajo impulzni polprevodniški laser večjo moč. Ker se zdi, da je za vsakega fotografa, koplje "kopanje", en impulz zmore več energije kot nepretrgano generacijo v podobnem časovnem obdobju. Čim manj traja impulz, večja je vsaka "posnetka". Trenutno je tehnološko mogoče graditi femtosekundni laser. En impulz traja približno 10^-15 sekund. Ta odvisnost je povezana z dejstvom, da procesi obrnjene populacije, opisani zgoraj, veljajo zelo, zelo malo. Daljše je, da počakate, preden lasersko »poganja«, več elektronov bo imelo čas, da zapustijo obratno raven. Skladno s tem se zmanjša koncentracija fotonov in energija izhodnega žarka.

Lasersko graviranje

Patterni na površini kovinskih in steklenih predmetov krasijo vsakdanje življenje osebe. Lahko se uporabljajo mehansko, kemično ali lasersko. Slednji način je najbolj sodoben. Njegove prednosti pred drugimi metodami so naslednje. Ker na površino, ki jo obdelamo, ni neposrednega vpliva, je skoraj nemogoče poškodovati stvari v procesu uporabe vzorca ali napisa. Laserski žarek zelo plitki žlebovi gorijo: površina s takšno gravuro ostane gladka, kar pomeni, da se stvar ne poškoduje in bo trajala dlje. V primeru kovine laserski žarek spremeni strukturo same snovi in ​​napis se ne bo večkrat izbrisal. Če pazljivo uporabite, ga ne potapljajte v kislino in ne deformirate, potem bo več generacij vzorec na njem natančno ohranjen. Lasersko graviranje je najbolje izbrati impulz iz trdnega stanja iz dveh razlogov: procesi v trdnem stanju so lažje nadzorovani in je optimalen glede razmerja moči in cene.

Namestitev

Za graviranje obstajajo posebne nastavitve. Poleg samega laserja so sestavljeni iz mehaničnih vodnikov, skozi katere se laser premika, in nadzorne opreme (računalnika). Laserski stroj se uporablja v številnih panogah človeške dejavnosti. Zgoraj smo govorili o dekoriranju gospodinjskih predmetov. Nominalni jedilni pribor, vžigalniki, kozarci, ure bodo dolgo časa ostali v družini in vas bodo spominjali na srečne trenutke.

Vendar ne potrebujejo samo laserske gravure, temveč tudi industrijske izdelke. Velike tovarne, na primer avtomobilske, proizvajajo dele v velikem številu: na stotine tisoč ali v milijonih. Vsak tak element je treba označiti - kdaj in kdo ga je ustvaril. Najboljšega načina kot lasersko graviranje ni mogoče najti: številke, čas sproščanja, življenjska doba bo dolgo časa ostala tudi na gibljivih delih, za katere se poveča nevarnost abrazije. Laserski stroj v tem primeru je treba zaznamovati z večjo močjo in varnostjo. Konec koncev, če graviranje, vsaj del odstotkov, spremeni lastnost kovinskega dela, lahko drugače reagira na zunanji učinek. Na primer, zlomite se na mestu napisa. Vendar pa je enostavnejša in cenejša naprava primerna za domačo uporabo.