Prensip jenerasyon lazè

Poukisa nou bezwen konnen prensip lazè?

Konnen diferans ki genyen ant lazè semiconductor komen, fib, disk, akYAG lazèka ede tou jwenn yon pi bon konpreyansyon ak angaje yo nan plis diskisyon pandan pwosesis seleksyon an.

Atik la sitou konsantre sou syans popilè: yon entwodiksyon kout nan prensip jenerasyon lazè, estrikti prensipal la nan lazè, ak plizyè kalite komen nan lazè.

Premyerman, prensip jenerasyon lazè

Lazè pwodwi atravè entèraksyon ki genyen ant limyè ak matyè, ke yo rekonèt kòm anplifikasyon radyasyon ankouraje; Konprann anplifikasyon radyasyon stimulé mande pou konprann konsèp Einstein nan emisyon espontane, absòpsyon stimulé, ak radyasyon ankouraje, ansanm ak kèk fondasyon teyorik nesesè.

Baz teyorik 1: Modèl Bohr

Modèl Bohr la sitou bay estrikti entèn atòm yo, sa ki fè li fasil pou konprann ki jan lazè rive. Yon atòm konpoze de yon nwayo ak elektwon deyò nwayo a, epi orbital elektwon yo pa abitrè. Elektwon yo sèlman gen sèten òbital, pami ki òbital ki pi anndan an rele eta tè a; Si yon elèktron nan eta tè a, enèji li se pi ba a. Si yon elèktron sote soti nan yon òbit, yo rele sa premye eta eksite, epi enèji premye eta eksite a pral pi wo pase eta tè a; Yo rele yon lòt òbit dezyèm eta eksite;

Rezon ki fè lazè ka rive se paske elektwon yo ap deplase nan òbit diferan nan modèl sa a. Si elektwon absòbe enèji, yo ka kouri soti nan eta tè a nan eta a eksite; Si yon elèktron retounen soti nan eta eksite a nan eta tè a, li pral lage enèji, ki souvan lage nan fòm lan nan yon lazè.

Baz Teyorik 2: Teyori Radyasyon Stimulé Einstein a

An 1917, Einstein te pwopoze teyori radyasyon ankouraje, ki se baz teyorik pou lazè ak pwodiksyon lazè: absòpsyon oswa emisyon matyè se esansyèlman rezilta entèraksyon ant jaden radyasyon an ak patikil ki fòme matyè a, ak nwayo li yo. sans se tranzisyon patikil ant diferan nivo enèji. Gen twa pwosesis diferan nan entèraksyon ki genyen ant limyè ak matyè: emisyon espontane, emisyon ankouraje, ak absòpsyon ankouraje. Pou yon sistèm ki gen yon gwo kantite patikil, twa pwosesis sa yo toujou coexist Et sont étroitement liés.

Emisyon espontane:

Jan yo montre nan figi a: yon elèktron sou nivo enèji segondè E2 tranzisyon espontaneman nan nivo enèji ki ba E1 epi emèt yon foton ki gen yon enèji nan hv, ak hv = E2-E1; Pwosesis tranzisyon espontane ak ki pa gen rapò sa a rele tranzisyon espontane, ak vag limyè ki emèt pa tranzisyon espontane yo rele radyasyon espontane.

Karakteristik emisyon espontane: Chak foton endepandan, ak diferan direksyon ak faz, epi tan ensidan an tou o aza. Li fè pati limyè enkoyeran ak chaotic, ki se pa limyè ki mande pa lazè a. Se poutèt sa, pwosesis jenerasyon lazè a bezwen diminye kalite limyè ki pèdi. Sa a se tou youn nan rezon ki fè longèdonn divès lazè gen limyè ki pèdi. Si yo kontwole byen, yo ka inyore pwopòsyon emisyon espontane nan lazè a. Pi lazè a, tankou 1060 nm, li se tout 1060 nm, Sa a ki kalite lazè gen yon pousantaj absòpsyon relativman ki estab ak pouvwa.

Stimule absòpsyon:

Elektwon nan nivo enèji ki ba (òbital ki ba), apre yo fin absòbe foton, tranzisyon nan nivo enèji ki pi wo (orbital segondè), epi yo rele pwosesis sa a absòpsyon stimulé. Ankouraje absòpsyon enpòtan anpil ak youn nan pwosesis ponp kle yo. Sous ponp lazè a bay enèji foton pou lakòz patikil nan mwayen pran tranzisyon epi tann radyasyon ankouraje nan pi wo nivo enèji, emèt lazè a.

Radyasyon ankouraje:

Lè iradyasyon pa limyè a nan enèji ekstèn (hv = E2-E1), elektwon an nan nivo enèji segondè eksite pa foton ekstèn lan ak sote nan nivo enèji ki ba (òbit segondè a kouri nan òbit ki ba). An menm tan an, li emèt yon foton ki se egzakteman menm jan ak foton ekstèn lan. Pwosesis sa a pa absòbe limyè eksitasyon orijinal la, kidonk pral gen de foton ki idantik, ki ka konprann kòm elektwon an krache soti foton nan deja absòbe, Pwosesis sa a luminesans yo rele radyasyon ankouraje, ki se pwosesis ranvèse nan absòpsyon ankouraje.

Apre teyori a klè, li trè senp yo bati yon lazè, jan yo montre nan figi ki anwo a: nan kondisyon nòmal nan estabilite materyèl, a vas majorite de elektwon yo nan eta tè a, elektwon nan eta a tè, ak lazè depann sou radyasyon ankouraje. Se poutèt sa, estrikti nan lazè a se pèmèt absòpsyon ankouraje rive an premye, pote elektwon nan nivo enèji segondè, ak Lè sa a, bay yon eksitasyon lakòz yon gwo kantite elektwon nivo enèji segondè sibi radyasyon ankouraje, divilge foton, Soti nan sa a, lazè ka pwodwi. Apre sa, nou pral prezante estrikti lazè a.

Estrikti lazè:

Koresponn ak estrikti lazè a ak kondisyon jenerasyon lazè yo mansyone pi bonè youn pa youn:

Kondisyon ensidan an ak estrikti ki koresponn lan:

1. Gen yon mwayen benefis ki bay efè anplifikasyon kòm mwayen k ap travay lazè a, ak patikil aktive li yo gen yon estrikti nivo enèji apwopriye pou jenere radyasyon ankouraje (sitou kapab ponpe elektwon nan òbital gwo enèji ak egziste pou yon sèten peryòd tan. , ak Lè sa a, lage foton nan yon sèl souf atravè radyasyon ankouraje);

2. Gen yon sous eksitasyon ekstèn (sous ponp) ki ka ponpe elektwon soti nan nivo ki pi ba a nan nivo siperyè a, sa ki lakòz envèsyon nimewo patikil ant nivo siperyè ak pi ba lazè a (sa vle di, lè gen plis patikil ki gen anpil enèji pase patikil ki ba enèji), tankou lanp ksenon nan lazè YAG;

3. Gen yon kavite sonan ki ka reyalize osilasyon lazè, ogmante longè k ap travay nan materyèl lazè k ap travay, ekran mòd vag limyè a, kontwole direksyon pwopagasyon gwo bout bwa a, selektivman anplifye frekans radyasyon ankouraje pou amelyore monokromatisite (asire ke a. lazè soti nan yon sèten enèji).

Yo montre estrikti ki koresponn lan nan figi ki anwo a, ki se yon estrikti senp nan yon lazè YAG. Lòt estrikti ka pi konplèks, men nwayo a se sa a. Pwosesis jenerasyon lazè a montre nan figi a:

Klasifikasyon lazè: jeneralman klase pa jwenn mwayen oswa pa fòm enèji lazè

Jwenn klasifikasyon mwayen:

Lazè gaz kabonik: Mwayen an genyen nan gaz kabonik lazè se elyòm aklazè CO2,ak yon longèdonn lazè nan 10.6um, ki se youn nan pi bonè pwodwi lazè yo dwe lanse. Soude lazè bonè te baze sitou sou lazè gaz kabonik, ki se kounye a sitou itilize pou soude ak koupe materyèl ki pa metalik (twal, plastik, bwa, elatriye). Anplis de sa, li se tou itilize sou machin litografi. Lazè gaz kabonik pa ka transmèt nan fib optik ak vwayaje nan chemen optik espasyal, Tongkuai a pi bonè te fè relativman byen, epi yo te itilize yon anpil nan ekipman koupe;

YAG (yttrium aliminyòm garnet) lazè: YAG kristal dope ak neyodim (Nd) oswa itrium (Yb) iyon metal yo itilize kòm mwayen an genyen lazè, ak yon longèdonn emisyon nan 1.06um. Lazè YAG a ka bay pi wo pulsasyon, men pouvwa an mwayèn ba, ak pik pouvwa a ka rive jwenn 15 fwa pouvwa mwayèn. Si li se sitou yon lazè batman kè, pwodiksyon kontinyèl pa ka reyalize; Men, li ka transmèt nan fib optik, epi an menm tan an, pousantaj absòpsyon nan materyèl metal ogmante, epi li kòmanse aplike nan materyèl segondè reflektivite, premye aplike nan jaden an 3C;

Lazè fib: Endikap aktyèl la nan mache a sèvi ak fib ittèrbyòm dope kòm mwayen benefis la, ak yon longèdonn 1060nm. Li se plis divize an fib ak lazè disk ki baze sou fòm nan mwayen an; Fib optik reprezante IPG, pandan y ap disk reprezante Tongkuai.

Lazè semi-conducteurs: mwayen benefis la se yon junction semi-conducteurs PN, ak longèdonn lazè semi-conducteurs se sitou nan 976nm. Kounye a, semi-conducteurs tou pre-enfrawouj lazè yo pwensipalman itilize pou CLADDING, ak tach limyè pi wo a 600um. Laserline se yon antrepriz reprezantan nan lazè semi-conducteurs.

Klasifye pa fòm aksyon enèji: batman kè lazè (PULSE), quasi kontinyèl lazè (QCW), kontinyèl lazè (CW)

Lazè batman kè: nanosecond, picosecond, femtosecond, sa a lazè batman (ns, lajè batman kè) ka souvan reyalize gwo enèji pik, segondè frekans (MHZ) pwosesis, yo itilize pou trete mens kwiv ak aliminyòm materyèl diferan, osi byen ke netwaye sitou. . Lè l sèvi avèk gwo enèji pik, li ka byen vit fonn materyèl debaz la, ak tan aksyon ki ba ak ti zòn ki afekte chalè. Li gen avantaj nan pwosesis materyèl ultra-mens (anba a 0.5mm);

Quasi kontinyèl lazè (QCW): Akòz gwo pousantaj repetisyon ak sik devwa ki ba (anba a 50%), lajè batman kè a nanQCW lazèrive nan 50 us-50 ms, ranpli diferans ki genyen ant nivo kilowat lazè fib kontinyèl ak Q-chanje lazè batman kè; Pik pouvwa a nan yon lazè fib kazi kontinyèl ka rive jwenn 10 fwa pouvwa an mwayèn anba operasyon mòd kontinyèl. Lazè QCW jeneralman gen de mòd, youn se soude kontinyèl nan pouvwa ki ba, ak lòt la se soude lazè enpulsyonèl ak yon pouvwa pik nan 10 fwa pouvwa an mwayèn, ki ka reyalize materyèl pi epè ak plis soude chalè, pandan y ap tou kontwole chalè a nan yon ranje trè piti;

Lazè kontinyèl (CW): Sa a se pi souvan itilize a, ak pi fò nan lazè yo wè sou mache a se lazè CW ki kontinyèlman pwodiksyon lazè pou pwosesis soude. Lazè fib yo divize an lazè sèl-mòd ak milti-mòd dapre diferan dyamèt nwayo ak kalite gwo bout bwa, epi yo ka adapte ak senaryo aplikasyon diferan.