Prinsipe fan Laser Generation

Wêrom moatte wy witte it prinsipe fan lasers?

Witte de ferskillen tusken mienskiplike semiconductor lasers, fezels, discs, enYAG laserkin ek helpe om in better begryp te krijen en mei te dwaan oan mear diskusjes tidens it seleksjeproses.

It artikel rjochtet him benammen op populêre wittenskip: in koarte ynlieding oer it prinsipe fan lasergeneraasje, de haadstruktuer fan lasers, en ferskate mienskiplike soarten lasers.

As earste, it prinsipe fan laser generaasje

Laser wurdt oanmakke troch de ynteraksje tusken ljocht en matearje, bekend as stimulearre strieling amplification; It begripen fan stimulearre strielingfersterking fereasket it begripen fan Einstein syn begripen fan spontane emisje, stimulearre absorption en stimulearre strieling, lykas ek wat needsaaklike teoretyske fûneminten.

Teoretyske basis 1: Bohr Model

It Bohr-model leveret benammen de ynterne struktuer fan atomen, wêrtroch it maklik te begripen is hoe't lasers foarkomme. In atoom is gearstald út in kearn en elektroanen bûten de kearn, en de orbitalen fan elektroanen binne net willekeurich. Elektronen hawwe mar beskate orbitalen, wêrby't de binnenste orbitaal de grûnstân neamd wurdt; As in elektroan yn 'e grûn tastân is, is syn enerzjy de leechste. As in elektroan út in baan springt, wurdt it de earste eksitearre steat neamd, en sil de enerzjy fan 'e earste opwûne steat heger wêze as dy fan 'e grûnstân; In oare baan wurdt de twadde eksitearre steat neamd;

De reden wêrom't laser kin foarkomme is omdat elektroanen sille bewege yn ferskillende banen yn dit model. As elektroanen absorbearje enerzjy, se kinne rinne fan 'e grûn tastân oan' e excited steat; As in elektroan weromkomt fan 'e opteinste steat nei' e grûnstatus, sil it enerzjy frijlitte, dy't faaks frijkomt yn 'e foarm fan in laser.

Teoretyske basis 2: Einstein syn stimulearre strieling teory

Yn 1917 stelde Einstein de teory foar fan stimulearre strieling, dat is de teoretyske basis foar lasers en laserproduksje: de absorption of emisje fan matearje is yn wêzen it resultaat fan 'e ynteraksje tusken it strielingsfjild en de dieltsjes dy't de matearje foarmje, en har kearn essinsje is de oergong fan dieltsjes tusken ferskate enerzjynivo's. D'r binne trije ferskillende prosessen yn 'e ynteraksje tusken ljocht en matearje: spontane emisje, stimulearre emisje en stimulearre absorption. Foar in systeem dat in grut tal dieltsjes befettet, besteane dizze trije prosessen altyd tegearre en binne nau besibbe.

Spontane útstjit:

Lykas werjûn yn de figuer: in elektroan op it hege-enerzjynivo E2 giet spontaan oer nei it lege-enerzjynivo E1 en stjoert in foton út mei in enerzjy fan hv, en hv=E2-E1; Dit spontane en net-relatearre oergongsproses wurdt spontane oergong neamd, en de ljochtwellen útstjoerd troch spontane oergongen wurde spontane strieling neamd.

De skaaimerken fan spontane útstjit: Elts foton is ûnôfhinklik, mei ferskillende rjochtingen en fazen, en it foarkommen tiid is ek willekeurich. It heart ta incoherent en chaotysk ljocht, dat is net it ljocht nedich troch de laser. Dêrom moat it proses fan lasergeneraasje dit soarte strielljocht ferminderje. Dit is ek ien fan de redenen wêrom't de golflingte fan ferskate lasers hat stray ljocht. As goed kontrolearre, kin it oanpart fan spontane útstjit yn 'e laser wurde negearre. De suverer de laser, lykas 1060 nm, it is allegear 1060 nm, Dit soarte fan laser hat in relatyf stabile absorption rate en macht.

Stimulearre absorption:

Elektronen by lege enerzjynivo's (lege orbitalen), nei it opnimmen fan fotonen, oergong nei hegere enerzjynivo's (hege orbitalen), en dit proses wurdt stimulearre absorption neamd. Stimulearre absorption is krúsjaal en ien fan 'e wichtichste pompprosessen. De pompboarne fan 'e laser leveret foton-enerzjy om dieltsjes yn' e winstmedium te feroarsaakjen om oergong en wachtsje op stimulearre strieling op hegere enerzjynivo's, de laser útstjit.

Stimulearre strieling:

Wannear't bestraald troch it ljocht fan eksterne enerzjy (hv = E2-E1), wurdt it elektroan op it hege enerzjynivo opwekke troch it eksterne foton en springt nei it lege enerzjynivo (de hege baan rint nei de lege baan). Tagelyk stjoert it in foton út dat krekt itselde is as it eksterne foton. Dit proses net absorbearje de oarspronklike excitation ljocht, dus der sil wêze twa identike fotonen, dat kin wurde begrepen as it elektroan spits út de earder opnomd foton, Dit luminescence proses hjit stimulearre strieling, dat is it omkearde proses fan stimulearre absorption.

Nei't de teory dúdlik is, is it heul ienfâldich om in laser te bouwen, lykas werjûn yn 'e boppesteande figuer: ûnder normale omstannichheden fan materiaalstabiliteit is de grutte mearderheid fan elektroanen yn' e grûn tastân, elektroanen yn 'e grûn tastân, en laser hinget ôf fan stimulearre strieling. Dêrom, de struktuer fan de laser is te tastean stimulearre absorption foar te kommen earst, bringt elektroanen oan de hege enerzjy nivo, en dan it jaan fan in excitation te feroarsaakje in grut oantal hege enerzjy nivo elektroanen te ûndergean stimulearre strieling, it frijjaan fan fotonen, Fan dit, laser kin oanmakke wurde. Dêrnei sille wy de laserstruktuer yntrodusearje.

Laser struktuer:

Kom oerien mei de laserstruktuer mei de earder neamde betingsten foar lasergeneraasje ien foar ien:

Betingst fan foarkommen en oerienkommende struktuer:

1. Der is in winst medium dat jout amplification effekt as de laser wurkje medium, en syn aktivearre dieltsjes hawwe in enerzjy nivo struktuer geskikt foar it generearjen fan stimulearre strieling (benammen by steat om te pompen elektroanen oan hege-enerzjy orbitalen en bestean foar in bepaalde perioade fan tiid , en lit dan fotonen yn ien azem frijlitte troch stimulearre strieling);

2. Der is in eksterne excitation boarne (pomp boarne) dat kin pompe elektroanen út it legere nivo nei it boppeste nivo, wêrtroch dieltsje oantal inversion tusken de boppeste en legere nivo fan de laser (dat wol sizze, as der mear hege-enerzjy dieltsjes as leech-enerzjydieltsjes), lykas de xenonlampe yn YAG-lasers;

3. Der is in resonânsjefel dy't laser-oscillaasje berikke kin, de wurklingte fan it laserwurkmateriaal ferheegje, de ljochtwellemodus skermje, de fuortplantingsrjochting fan 'e beam kontrolearje, de stimulearre strielingsfrekwinsje selektyf fersterkje om monochromaticiteit te ferbetterjen (soargje dat de laser wurdt útfierd op in bepaalde enerzjy).

De oerienkommende struktuer wurdt werjûn yn de boppesteande figuer, dat is in ienfâldige struktuer fan in YAG laser. Oare struktueren kinne komplekser wêze, mar de kearn is dit. It proses fan lasergeneraasje wurdt werjûn yn 'e figuer:

Laser klassifikaasje: algemien klassifisearre troch winst medium of troch laser enerzjy foarm

Win medium klassifikaasje:

Koalstofdiokside laser: De winst medium fan koalstofdiokside laser is helium enCO2 laser,mei in laser golflingte fan 10.6um, dat is ien fan de ierste laser produkten wurde lansearre. De iere laser welding wie benammen basearre op koalstofdiokside laser, dat wurdt op it stuit benammen brûkt foar lassen en cutting net-metallyske materialen (stoffen, keunststof, hout, ensfh). Dêrnjonken wurdt it ek brûkt op litografysmasines. Koaldiokside laser kin net oerdroegen wurde troch optyske fezels en reizget troch romtlike optyske paden, De ierste Tongkuai waard dien relatyf goed, en in protte cutting apparatuer waard brûkt;

YAG (yttrium aluminium granaat) laser: YAG kristallen dotearre mei neodymium (Nd) of yttrium (Yb) metalen ioanen wurde brûkt as de laser winst medium, mei in emission golflingte fan 1.06um. De YAG-laser kin hegere pulsen útfiere, mar de gemiddelde krêft is leech, en de pykkrêft kin 15 kear de gemiddelde krêft berikke. As it is benammen in puls laser, kin trochgeande útfier net berikt wurde; Mar it kin wurde oerbrocht troch optyske fezels, en tagelyk, de opname taryf fan metalen materialen nimt ta, en it begjint te wurde tapast yn hege reflectivity materialen, earst tapast yn de 3C fjild;

Fiberlaser: De hjoeddeistige mainstream yn 'e merk brûkt ytterbium gedoteerde glêstried as it winstmedium, mei in golflingte fan 1060nm. It wurdt fierder ferdield yn glêstried en skiif lasers basearre op de foarm fan it medium; Fiber Optic fertsjintwurdiget IPG, wylst skiif fertsjintwurdiget Tongkuai.

Semiconductor laser: De winst medium is in semiconductor PN knooppunt, en de golflingte fan de semiconductor laser is benammen op 976nm. Op it stuit wurde semiconductor near-ynfraread lasers benammen brûkt foar beklaaiïng, mei ljocht spots boppe 600um. Laserline is in represintatyf bedriuw fan semiconductor lasers.

Klassifisearre troch de foarm fan enerzjyaksje: Pulse laser (PULSE), quasi trochgeande laser (QCW), trochgeande laser (CW)

Pulse laser: nanosecond, picosecond, femtosecond, dizze hege frekwinsje puls laser (ns, puls breedte) kin faak berikke hege peak enerzjy, hege frekwinsje (MHZ) ferwurking, brûkt foar it ferwurkjen fan tinne koper en aluminium ûngelikense materialen, likegoed as skjinmeitsjen meast . Troch it brûken fan hege pyk enerzjy, it kin fluch melt de basis materiaal, mei lege aksje tiid en lytse waarmte beynfloede sône. It hat foardielen yn it ferwurkjen fan ultra-tinne materialen (ûnder 0,5 mm);

Quasi trochgeande laser (QCW): Troch hege werhellingsfrekwinsje en lege plichtsyklus (ûnder 50%) is de pulsbreedte fanQCW laserberikt 50 us-50 ms, folje it gat tusken kilowatt nivo trochgeande fiber laser en Q-skeakele puls laser; De pyk macht fan in quasi trochgeande fiber laser kin berikke 10 kear de gemiddelde macht ûnder trochgeande modus operaasje. QCW-lasers hawwe oer it generaal twa modi, ien is trochgeande lassen op leech krêft, en de oare is pulsed laserlassen mei in pykkrêft fan 10 kear de gemiddelde krêft, dy't dikkere materialen en mear waarmlassen kinne berikke, wylst ek de waarmte binnen in kontrôle regelje. hiel lyts berik;

Continuous Laser (CW): Dit is de meast brûkte, en de measte lasers sjoen op 'e merk binne CW lasers dy't kontinu útfier laser foar welding ferwurking. Fiberlasers wurde ferdield yn lasers mei ien modus en meardere modus neffens ferskate kearndiameters en beamkwaliteiten, en kinne oanpast wurde oan ferskate applikaasjescenario's.