2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25
See artikkel näitab, millised on monokromaatilise kiirguse allikad ja millised eelised on tahkislaseril teiste tüüpide ees. See räägib, kuidas koherentse kiirguse teke toimub, miks impulssseade on võimsam, miks on vaja graveerimist. Samuti käsitletakse selles laseri kolme olulist elementi ja selle toimimist.
Tsooniteooria
Enne kui räägime sellest, kuidas laser (näiteks tahkis) töötab, tuleks kaaluda mõningaid füüsilisi mudeleid. Kõik mäletavad koolitundidest, et elektronid paiknevad aatomituuma ümber teatud orbiitidel ehk energiatasemetel. Kui meie käsutuses pole mitte üks aatom, vaid palju, see tähendab, et me käsitleme mis tahes mahulist keha, siis tekib üks raskus.
Pauli printsiibi järgi võib antud sama energiaga kehas olla ainult üks elektron. Pealegi sisaldab isegi väikseim liivatera tohutult palju aatomeid. Sel juhul on loodus leidnud väga elegantse väljapääsu – igaühe energiaelektron erineb naaberriigi energiast väga väikese, peaaegu eristamatu hulga võrra. Sel juhul on kõik sama taseme elektronid "kokku surutud" ühte energiariba. Tsooni, milles asuvad tuumast kõige kaugemal asuvad elektronid, nimetatakse valentsitsooniks. Sellele järgneval tsoonil on kõrgem energia. Selles liiguvad elektronid vab alt ja seda nimetatakse juhtivusribaks.
Emissioon ja neeldumine
Iga laser (tahkis-, gaas-, keemiline) töötab elektronide ühest tsoonist teise ülemineku põhimõtetel. Kui valgus langeb kehale, annab footon elektronile piisav alt jõudu, et viia see kõrgema energiaga olekusse. Ja vastupidi: kui elektron läheb juhtivusrib alt valentsribale, kiirgab ta ühe footoni. Kui aine on pooljuht või dielektrik, eraldatakse valents- ja juhtivusribad intervalliga, milles pole ühte taset. Sellest tulenev alt ei saa elektronid seal olla. Seda intervalli nimetatakse ribavaheks. Kui footonil on piisav alt energiat, hüppavad elektronid üle selle intervalli.
Generation
Tahkelaseri tööpõhimõte põhineb sellel, et aine ribalaius tekib nn pöördnivoo. Elektroni eluiga sellel tasemel on pikem kui aeg, mis ta veedab juhtivusribas. Seega teatud aja jooksul "akumuleeruvad" elektronid. Seda nimetatakse pöördpopulatsiooniks. Kui sellisest tasemest möödas täpilineelektronid, soovitud lainepikkusega footon läbib, põhjustab see suure hulga sama pikkuse ja faasiga valguslainete samaaegse genereerimise. See tähendab, et laviini elektronid lähevad kõik samaaegselt põhiolekusse, tekitades piisav alt suure võimsusega monokromaatiliste footonite kiire. Tuleb märkida, et esimese laseri arendajate põhiprobleemiks oli sellise ainete kombinatsiooni otsimine, mille puhul oleks võimalik ühe taseme pöördpopulatsioon. Esimeseks tööaineks sai legeeritud rubiin.
Laserkompositsioon
Tahkelaser ei erine oma põhikomponentide poolest teistest tüüpidest. Töökeha, milles ühe taseme pöördpopulatsioon viiakse läbi, valgustatakse mõne valgusallikaga. Seda nimetatakse pumpamiseks. Sageli võib selleks olla tavaline hõõglamp või gaaslahendustoru. Töövedeliku kaks paralleelset otsa (tahkelaser tähendab kristalli, gaaslaser haruldast keskkonda) moodustavad peeglite süsteemi ehk optilise resonaatori. See kogub kiireks ainult need footonid, mis lähevad paralleelselt väljalaskeavaga. Tahkislasereid pumbatakse tavaliselt välklampidega.
Tahkejuhtlaserite tüübid
Sõltuv alt laserkiire väljumisviisist eristatakse pidev- ja impulsslasereid. Igaüks neist leiab rakenduse ja sellel on oma omadused. Peamine erinevus seisneb selles, et impulss-tahkelaseritel on suurem võimsus. Sest iga löögi jaoksfotoonid näivad "akumuleeruvat", siis on üks impulss võimeline andma rohkem energiat kui pidev tootmine sarnase aja jooksul. Mida lühem alt impulss kestab, seda võimsam on iga "lask". Hetkel on tehnoloogiliselt võimalik ehitada femtosekundiline laser. Üks selle impulssidest kestab umbes 10-15 sekundit. See sõltuvus on seotud asjaoluga, et ülalkirjeldatud tagasipopulatsiooni protsessid kestavad väga-väga vähe. Mida kauem kulub oodata, enne kui laser "tulistab", seda rohkem on elektronidel aega pöördtasemelt lahkuda. Sellest lähtuv alt väheneb footonite kontsentratsioon ja väljundkiire energia.
Lasergraveerimine
Metallist ja klaasist asjade pinnal olevad mustrid kaunistavad inimese igapäevaelu. Neid saab peale kanda mehaaniliselt, keemiliselt või laseriga. Viimane meetod on kõige kaasaegsem. Selle eelised teiste meetodite ees on järgmised. Kuna otsene mõju töödeldavale pinnale puudub, on mustri või pealdise pealekandmise käigus peaaegu võimatu asja kahjustada. Laserkiir põletab läbi väga madalad sooned: sellise graveeringuga pind jääb sile, mis tähendab, et asi ei kahjusta ja kestab kauem. Metalli puhul muudab laserkiir aine struktuuri ja kiri ei kustu paljude aastate jooksul. Kui asja kasutada ettevaatlikult, mitte happesse kasta ja deformeerimata, siis mitme põlvkonna jooksul säilib muster sellel kindlasti. Graveerimiseks on kõige parem valida tahkis-impulsslaser kahel põhjusel: tahkisprotsessidlihtsam sõita ning see on võimsuse ja hinna poolest optimaalne.
Paigaldamine
Graveerimiseks on spetsiaalsed seadistused. Lisaks laserile endale koosnevad need mehaanilistest juhikutest, mida mööda laser liigub, ja juhtimisseadmetest (arvutist). Lasermasinat kasutatakse paljudes inimtegevuse valdkondades. Eespool oli juttu majapidamistarvete kaunistamisest. Isiklikud söögiriistad, välgumihklid, prillid, kellad jäävad perre kauaks meelde ja meenutavad õnnelikke hetki.
Samas ei vaja lasergraveerimist mitte ainult majapidamis-, vaid ka tööstuskaubad. Suured tehased, näiteks autod, toodavad osi tohututes kogustes: sadu tuhandeid või miljoneid. Iga selline element tuleks märgistada – millal ja kes selle lõi. Pole paremat moodust kui lasergraveerimine: numbrid, tootmisaeg, kasutusiga jäävad pikaks ajaks püsima ka liikuvatel osadel, mille puhul on suurem hõõrdumise oht. Sel juhul peaks lasermasinat eristama suurenenud võimsus ja ohutus. Kui graveerimine muudab metalldetaili omadust kasvõi protsendi võrra, võib see ju välismõjudele erinev alt reageerida. Näiteks murdke sildi kandmise kohas. Koduseks kasutamiseks sobib aga lihtsam ja odavam paigaldus.
Soovitan:
Ioonide implanteerimine: kontseptsioon, tööpõhimõte, meetodid, eesmärk ja rakendus
Ioonide implanteerimine on madalatemperatuuriline protsess, mille käigus ühe elemendi komponendid kiirendatakse vahvli tahkele pinnale, muutes seeläbi selle füüsikalisi, keemilisi või elektrilisi omadusi. Seda meetodit kasutatakse pooljuhtseadmete tootmisel ja metallide viimistlemisel, samuti materjaliteaduse uurimisel
Milleks trafot kasutatakse: omadused, tööpõhimõte ja rakendus
Alustuseks selgitame välja, milleks trafo on ette nähtud ja mis see on. See on elektrimasin, mis on mõeldud pinge muutmiseks. Need on olenev alt eesmärgist erinevad. Seal on voolu-, pinge-, sobitus-, keevitus-, võimsus-, mõõtetrafod. Igaühel on erinevad ülesanded, kuid neid ühendab ühemõtteliselt tegutsemispõhimõte. Kõik trafod töötavad vahelduvvoolul. Selliseid alalisvooluseadmeid pole
Täiturmehhanism: tüübid, tööpõhimõte, rakendus
Ajamiseadmete juhtimiseks kasutatakse spetsiaalseid ajamid. Disaini järgi on need üsna erinevad. Selle probleemi mõistmiseks on vaja kaaluda modifikatsioonide tüüpe
Mobiilne bensiinijaam: kirjeldus, seade, tööpõhimõte, rakendus
Mobiilne bensiinijaam on tänapäeval üsna populaarne äriidee. Seetõttu on selles valdkonnas edu saavutamine võimalik ainult siis, kui pöörate maksimaalset tähelepanu käesolevas artiklis kirjeldatud erinevatele põhipunktidele
Konteineri tüüpi diiselgeneraatorite komplekt: tüübid, tehnilised andmed, tööpõhimõte ja rakendus
DGS-i üldkujunduse ja tööpõhimõtte kirjeldus. Paigalduste klassifitseerimine mobiilsuse järgi. Milleks on mõeldud konteinertüüpi diiselgeneraatorite komplektid? Konteinerite ja seadmete kirjeldus, omadused. FGWilsoni diiselgeneraatorikomplektide omadused. Kuidas DGU-d installitakse? Peamised tööreeglid. Soovi korral lisavarustuse võimalused. Veduripaigaldised
