சிறு கலைக்களஞ்சியம்: லேசர் பற்றவைப்பின் கோட்பாடு மற்றும் செயல்முறைப் பயன்பாடுகள்
ஆற்றல் நிலைகள்
பருப்பொருள் அணுக்களால் ஆனது, மேலும் அணுக்கள் ஒரு உட்கரு மற்றும் எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டுள்ளன. எலக்ட்ரான்கள் உட்கருவைச் சுற்றி வருகின்றன. ஒரு அணுவில் உள்ள எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றல் தன்னிச்சையானது அல்ல.
நுண்ணுலகை விவரிக்கும் குவாண்டம் இயக்கவியல், எலக்ட்ரான்கள் நிலையான ஆற்றல் மட்டங்களில் இருப்பதாகக் கூறுகிறது. வெவ்வேறு ஆற்றல் மட்டங்கள் வெவ்வேறு எலக்ட்ரான் ஆற்றல்களுக்கு ஏற்ப அமைகின்றன: அணுக்கருவிலிருந்து தொலைவில் உள்ள சுற்றுப்பாதைகள் அதிக ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளன.
மேலும், ஒவ்வொரு சுற்றுப்பாதையும் ஒரு குறிப்பிட்ட அதிகபட்ச எண்ணிக்கையிலான எலக்ட்ரான்களைக் கொண்டிருக்க முடியும். உதாரணமாக, கீழ்நிலை சுற்றுப்பாதை (அணுக்கருவிற்கு மிக அருகில் உள்ளது) 2 எலக்ட்ரான்கள் வரையிலும், மேல்நிலை சுற்றுப்பாதைகள் 8 எலக்ட்ரான்கள் வரையிலும், இதுபோலவே மற்ற சுற்றுப்பாதைகளிலும் கொள்ள முடியும்.
மாற்றம்
எலக்ட்ரான்கள் ஆற்றலை உறிஞ்சுவதன் மூலமோ அல்லது வெளியிடுவதன் மூலமோ ஒரு ஆற்றல் மட்டத்திலிருந்து மற்றொரு ஆற்றல் மட்டத்திற்கு நகர முடியும்.
உதாரணமாக, ஒரு எலக்ட்ரான் ஒரு ஃபோட்டானை உறிஞ்சும்போது, அது குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்திலிருந்து உயர் ஆற்றல் மட்டத்திற்குத் தாவக்கூடும். அதேபோல, உயர் ஆற்றல் மட்டத்தில் உள்ள ஒரு எலக்ட்ரான், ஒரு ஃபோட்டானை உமிழ்வதன் மூலம் குறைந்த மட்டத்திற்கு இறங்க முடியும்.
இந்த செயல்முறைகளில், உறிஞ்சப்பட்ட அல்லது உமிழப்பட்ட ஃபோட்டானின் ஆற்றலானது, எப்போதும் இரண்டு நிலைகளுக்கு இடையேயான ஆற்றல் வேறுபாட்டிற்குச் சமமாக இருக்கும். ஃபோட்டான் ஆற்றலே ஒளியின் அலைநீளத்தைத் தீர்மானிப்பதால், உறிஞ்சப்பட்ட அல்லது உமிழப்பட்ட ஒளி ஒரு நிலையான நிறத்தைக் கொண்டுள்ளது.
லேசர் உருவாக்கத்தின் கொள்கை
தூண்டப்பட்ட உறிஞ்சுதல்
குறைந்த ஆற்றல் நிலையில் உள்ள அணுக்கள் வெளிப்புறக் கதிர்வீச்சை உறிஞ்சி, உயர் ஆற்றல் நிலைக்கு மாறும் போது தூண்டப்பட்ட உறிஞ்சுதல் நிகழ்கிறது. எலக்ட்ரான்கள் ஃபோட்டான்களை உறிஞ்சுவதன் மூலம் குறைந்த ஆற்றல் மட்டங்களிலிருந்து உயர் ஆற்றல் மட்டங்களுக்குத் தாவ முடியும்.
தூண்டப்பட்ட உமிழ்வு
தூண்டப்பட்ட உமிழ்வு என்பது, உயர் ஆற்றல் மட்டத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள், ஒரு ஃபோட்டானின் "தூண்டுதல்" அல்லது "அமுக்கத்தின்" கீழ், குறைந்த ஆற்றல் நிலைக்கு மாறி, படுகின்ற ஃபோட்டானின் அதே அதிர்வெண்ணைக் கொண்ட ஒரு ஃபோட்டானை உமிழ்வதாகும்.
தூண்டப்பட்ட உமிழ்வின் முக்கிய அம்சம் என்னவென்றால், உருவாக்கப்படும் ஃபோட்டான் அசல் ஃபோட்டானைப் போலவே இருக்கும்: அதே அதிர்வெண், அதே திசை மற்றும் முற்றிலும் வேறுபடுத்த முடியாதது. இந்த வழியில், ஒரு தூண்டப்பட்ட உமிழ்வு செயல்முறையின் மூலம் ஒரு ஃபோட்டான் இரண்டு ஒத்த ஃபோட்டான்களாக மாறுகிறது. இதன் பொருள் ஒளி வலுப்படுத்தப்படுகிறது அல்லது பெருக்கப்படுகிறது என்பதாகும் — இதுவே லேசர் உருவாக்கத்தின் அடிப்படைக் கொள்கையாகும்.
தன்னிச்சையான உமிழ்வு
உயர் ஆற்றல் மட்டத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் வெளிப்புறத் தாக்கமின்றி கீழ் மட்டத்திற்கு இறங்கும்போது, நிலைமாற்றத்தின் போது ஒளியை (மின்காந்தக் கதிர்வீச்சு) வெளியிடுவது தன்னிச்சையான உமிழ்வு எனப்படுகிறது. ஃபோட்டானின் ஆற்றல் E=E2−E1 ஆகும், இது இரு மட்டங்களுக்கு இடையேயான ஆற்றல் வேறுபாடு ஆகும்.
லேசர் உருவாக்கத்திற்கான நிபந்தனைகள்
லேசர் ஆதாய ஊடகம்
லேசர் உருவாக்கத்திற்கு, வாயு, திரவம், திடப்பொருள் அல்லது குறைக்கடத்தியாக இருக்கக்கூடிய ஒரு பொருத்தமான பெருக்க ஊடகம் தேவைப்படுகிறது. அந்த ஊடகத்தில் மக்கள் தொகை தலைகீழ் மாற்றத்தை அடைவதே இதன் முக்கிய அம்சமாகும்; இது லேசர் வெளியீட்டிற்கு அவசியமான ஒரு நிபந்தனையாகும். நிலைமாறா ஆற்றல் மட்டங்கள், மக்கள் தொகை தலைகீழ் மாற்றத்திற்கு மிகவும் நன்மை பயக்கும்.
பம்பிங் மூலம்
மக்கள் தொகை தலைகீழ் மாற்றத்தை அடைவதற்கு, உயர் ஆற்றல் மட்டத்தில் உள்ள துகள்களின் எண்ணிக்கையை அதிகரிக்கும் வகையில் அணு அமைப்பு கிளர்வுபடுத்தப்பட வேண்டும்.
பொதுவான முறைகளில் அடங்குபவை:
- மின்சார உந்தல்: உயர் இயக்க ஆற்றல் கொண்ட எலக்ட்ரான்களைப் பயன்படுத்தி வாயு வெளியேற்றம்
- ஒளியியல் உந்தல்: துடிப்புள்ள ஒளி மூலங்களால் ஏற்படும் கதிர்வீச்சு
- வெப்ப நீரேற்றம், இரசாயன நீரேற்றம் போன்றவை.
இந்த முறைகள் கூட்டாக பம்பிங் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. நிலையான லேசர் வெளியீட்டிற்காக, கீழ் மட்டத்தை விட மேல் மட்டத்தில் அதிக துகள்களைப் பராமரிக்க தொடர்ச்சியான பம்பிங் தேவைப்படுகிறது.
அதிர்வுமானி
பொருத்தமான பெருக்க ஊடகம் மற்றும் உந்தி மூலத்தைக் கொண்டு, மக்கள் தொகை தலைகீழ் மாற்றத்தை அடைய முடியும், ஆனால் தூண்டப்பட்ட உமிழ்வின் செறிவு நடைமுறைப் பயன்பாட்டிற்கு மிகவும் பலவீனமாக உள்ளது. மேலும் பெருக்கம் தேவைப்படுகிறது, இது ஒரு ஒளியியல் அதிர்வுறுவி மூலம் வழங்கப்படுகிறது.
ஒரு ஒளியியல் அதிர்வுக்கருவியானது, லேசரின் இரு முனைகளிலும் இணையாக வைக்கப்பட்டுள்ள, அதிக பிரதிபலிப்புத் திறன் கொண்ட இரண்டு கண்ணாடிகளைக் கொண்டுள்ளது:
- ஒரு முழுமையான பிரதிபலிப்புக் கண்ணாடி
- ஒரு பகுதி பிரதிபலிப்பு மற்றும் பகுதி கடத்தும் கண்ணாடி
முழுப் பிரதிபலிப்புக் கண்ணாடி, அதன் மீது படும் அனைத்து ஒளியையும் அதன் அசல் பாதையிலேயே மீண்டும் பிரதிபலிக்கிறது. பகுதிப் பிரதிபலிப்புக் கண்ணாடி, ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றல் வரம்பிற்குக் கீழே உள்ள ஃபோட்டான்களை ஊடகத்திற்குள் மீண்டும் பிரதிபலிக்கிறது, அதே சமயம் அந்த வரம்பிற்கு மேலே உள்ள ஃபோட்டான்கள் பெருக்கப்பட்ட லேசர் ஒளியாக வெளியே கடத்தப்படுகின்றன.
ஒளியானது அதிர்வுக்கலனில் முன்னும் பின்னுமாக அலைவுற்று, தூண்டப்பட்ட உமிழ்வின் தொடர்வினையைத் தூண்டி, பனிச்சரிவு போலப் பெருகி, அதிக செறிவுள்ள லேசர் வெளியீட்டை உருவாக்குகிறது.
பம்ப் விளக்கு என்றால் என்ன?
செனான் விளக்கு என்பது ஒரு மந்த வாயு வெளியேற்ற விளக்கு ஆகும், இது பொதுவாக நேரான குழாய் வடிவில் இருக்கும். இது பொதுவாக மின்முனைகள், ஒரு குவார்ட்ஸ் குழாய் மற்றும் நிரப்பப்பட்ட செனான் (Xe) வாயு ஆகியவற்றைக் கொண்டிருக்கும்.
மின்முனைகள், உயர் உருகுநிலை, அதிக எலக்ட்ரான் உமிழ்வுத் திறன் மற்றும் குறைந்த சிதறல் கொண்ட உலோகத்தால் செய்யப்படுகின்றன. விளக்குக் குழாய், உயர் வலிமை, உயர் வெப்பநிலை எதிர்ப்பு மற்றும் அதிக ஒளி ஊடுருவல் கொண்ட குவார்ட்ஸ் கண்ணாடியால் செய்யப்பட்டு, செனான் வாயுவால் நிரப்பப்பட்டுள்ளது.
Nd:YAG லேசர் கம்பி என்பது என்ன?
Nd:YAG (நியோடைமியம் கலந்த இட்ரியம் அலுமினியம் கார்னெட்) என்பது மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் திட லேசர் பொருளாகும்.
YAG என்பது அதிக கடினத்தன்மை, சிறந்த ஒளியியல் தரம் மற்றும் அதிக வெப்பக் கடத்துத்திறன் கொண்ட ஒரு கனசதுரப் படிகமாகும். படிக அமைப்பில் உள்ள சில மும்மை இணைதிறன் கொண்ட இட்ரியம் அயனிகளுக்குப் பதிலாக மும்மை இணைதிறன் கொண்ட நியோடைமியம் அயனிகள் இடம்பெயர்கின்றன, எனவே இதற்கு நியோடைமியம் கலந்த இட்ரியம் அலுமினியம் கார்னெட் என்று பெயர்.
லேசரின் பண்புகள்
நல்ல ஒத்திசைவு
சாதாரண மூலங்களிலிருந்து வரும் ஒளி, திசை, கட்டம் மற்றும் நேரம் ஆகியவற்றில் ஒழுங்கற்றதாக இருப்பதால், அதனை ஒரு வில்லை கொண்டுகூட ஒரே புள்ளியில் குவிக்க முடியாது.
லேசர் ஒளி மிகவும் சீரானது: அது ஒரு தூய அதிர்வெண்ணைக் கொண்டுள்ளது, சரியான கட்டத்தில் ஒரே திசையில் பரவுகிறது, மேலும் அதிக செறிவுள்ள ஆற்றலுடன் ஒரு சிறிய புள்ளியில் குவிக்கப்படலாம்.
சிறந்த திசைத்தன்மை
மற்ற எந்த ஒளி மூலத்தையும் விட லேசருக்கு மிகச் சிறந்த திசையமைவுத் திறன் உள்ளது; அது கிட்டத்தட்ட ஒரு இணைக்கதிர்வைப் போல செயல்படுகிறது. சுமார் 384,000 கி.மீ தொலைவில் உள்ள நிலவை நோக்கிச் செலுத்தப்படும்போது கூட, அதன் ஒளிப்புள்ளியின் விட்டம் சுமார் 2 கி.மீ மட்டுமே ஆகும்.
நல்ல ஒற்றை வண்ணத்தன்மை
தூண்டப்பட்ட உமிழ்விலிருந்து வரும் லேசர் ஒளி, மிகவும் குறுகிய அதிர்வெண் வரம்பைக் கொண்டுள்ளது. எளிமையாகச் சொல்வதானால், லேசர் சிறந்த ஒற்றை நிறத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது — அதன் "நிறம்" மிகவும் தூய்மையானது. லேசர் செயலாக்கப் பயன்பாடுகளுக்கு ஒற்றை நிறத்தன்மை இன்றியமையாதது.
அதிக பிரகாசம்
லேசர் பற்றவைப்பு, லேசர் கற்றைகளின் சிறந்த திசைப்படுத்தும் தன்மையையும் அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியையும் பயன்படுத்துகிறது. ஒரு ஒளியியல் அமைப்பு மூலம் லேசர் ஒரு சிறிய பகுதிக்குள் குவிக்கப்பட்டு, மிகக் குறுகிய நேரத்தில் அதிக செறிவுள்ள வெப்ப மூலத்தை உருவாக்குகிறது. இது பொருளை உருக்கி, நிலையான பற்றவைப்புப் புள்ளிகளையும் இணைப்புகளையும் உருவாக்குகிறது.
லேசர் வெல்டிங்கின் நன்மைகள்
மற்ற பற்றவைப்பு முறைகளுடன் ஒப்பிடும்போது, லேசர் பற்றவைப்பு பின்வரும் நன்மைகளை வழங்குகிறது:
- அதிக ஆற்றல் செறிவு, அதிக பற்றவைப்புத் திறன், உயர் துல்லியம் மற்றும் பற்றவைப்புகளின் பெரிய ஆழ-அகல விகிதம்.
- குறைந்த வெப்ப உள்ளீடு, சிறிய வெப்பத்தால் பாதிக்கப்பட்ட பகுதி, மிகக் குறைந்த எஞ்சிய தகைவு மற்றும் உருக்குலைவு.
- தொடுதலற்ற பற்றவைப்பு, நெகிழ்வான ஒளியிழைப் பரிமாற்றம், சிறந்த அணுகல்தன்மை மற்றும் உயர் தானியக்கம்.
- நெகிழ்வான இணைப்பு வடிவமைப்பு, மூலப்பொருட்களைச் சேமிக்கிறது.
- துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய ஆற்றல், நிலையான பற்றவைப்பு முடிவுகள் மற்றும் சிறப்பான பற்றவைப்புத் தோற்றம்.
உலோகப் பொருட்களுக்கான லேசர் பற்றவைப்பு செயல்முறைகள்
துருப்பிடிக்காத எஃகு
- சாதாரண சதுர அலைத் துடிப்புகளைக் கொண்டே நல்ல முடிவுகளைப் பெற முடியும்.
- பற்றவைப்புப் புள்ளிகள் உலோகமல்லாத பொருட்களிலிருந்து விலகி இருக்குமாறு இணைப்புகளை வடிவமைக்கவும்.
- வலிமை மற்றும் தோற்றத்திற்காக, பற்றவைப்புப் பகுதியையும் வேலைப் பொருளின் தடிமனையும் போதுமான அளவு ஒதுக்கவும்.
- வெல்டிங் செய்யும் போது, வேலைப் பொருள் சுத்தமாகவும், சூழல் உலர்ந்ததாகவும் இருப்பதை உறுதிசெய்யவும்.
அலுமினிய கலவைகள்
- அதிக பிரதிபலிப்புக்கு அதிக லேசர் உச்ச ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது.
- துடிப்புப் புள்ளி பற்றவைப்பின் போது விரிசல் ஏற்பட வாய்ப்புள்ளது, இதனால் வலிமை குறைகிறது.
- பொருட்களின் கலவையால் சிதறல் ஏற்படக்கூடும்; உயர்தர மூலப்பொருட்களைப் பயன்படுத்துங்கள்.
- பெரிய புள்ளி அளவு மற்றும் நீண்ட துடிப்பு அகலம் மூலம் சிறந்த முடிவுகள் கிடைக்கும்.
செம்பு மற்றும் செம்பு கலவைகள்
- அலுமினியத்தை விட அதிக பிரதிபலிப்புத் திறன் கொண்டது; இதற்கு இன்னும் அதிக லேசர் உச்ச ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது.
- லேசர் தலை ஒரு கோணத்தில் சாய்க்கப்பட வேண்டும்.
- கலப்புலோகக் கூறுகள் இருப்பதால், தாமிரக் கலப்புலோகங்களை (பித்தளை, குப்ரோநிக்கல் போன்றவை) பற்றவைப்பது மிகவும் கடினம்; எனவே, அளவுருக்களைக் கவனமாகத் தேர்ந்தெடுக்க வேண்டியது அவசியம்.
லேசர் வெல்டிங்கில் ஏற்படும் பொதுவான குறைபாடுகள் மற்றும் அதற்கான தீர்வுகள்
தவறான அளவுருக்கள் அல்லது முறையற்ற செயல்பாடு பெரும்பாலும் பற்றவைப்புக் குறைபாடுகளை ஏற்படுத்துகின்றன, அவற்றுள் அடங்குவன:
- மேற்பரப்பு சிதறல்
- உள் பற்றவைப்பு நுண்துளைகள்
- வெல்டிங் விரிசல்கள்
- வெல்டிங் சிதைவு
வெல்டிங் சிதறல்
சிதறல் முக்கியமாக மிக அதிக லேசர் ஆற்றல் அடர்த்தியால் ஏற்படுகிறது: வேலைப்பொருள் குறுகிய நேரத்தில் அதிகப்படியான ஆற்றலை உறிஞ்சி, கடுமையான பொருள் ஆவியாதல் மற்றும் தீவிரமான உருகிய குளம் எதிர்வினைக்கு வழிவகுக்கிறது.
சிதறல், தோற்றத்தையும், பொருத்தும் துல்லியத்தையும், பற்றவைப்பின் வலிமையையும் சேதப்படுத்துகிறது.
காரணங்கள்
- அளவுக்கு மீறிய உயர் லேசர் உச்ச ஆற்றல்.
- பொருத்தமற்ற பற்றவைப்பு அலைவடிவம், குறிப்பாக அதிகப் பிரதிபலிப்புத் திறன் கொண்ட பொருட்களுக்கு.
- பொருள் பிரிதல் காரணமாக உள்ளூர் அளவில் அதிக ஆற்றல் உறிஞ்சப்படுதல்.
- வேலைப் பொருளின் மேற்பரப்பில் உள்ள மாசு அல்லது உலோகமல்லாத அசுத்தங்கள்.
- வேலைப் பொருட்களுக்கு இடையில் அல்லது அடியில் உள்ள குறைந்த உருகுநிலை கொண்ட பொருட்கள், பற்றவைப்பின் போது வாயுவை உருவாக்குகின்றன.
- மூடிய உள்ளீடற்ற கட்டமைப்புகள் வாயு விரிவாக்கத்தையும் சிதறலையும் ஏற்படுத்துகின்றன.
தீர்வுகள்
- அளவுருக்களை உகந்ததாக்குங்கள்: உச்சபட்ச ஆற்றலைக் குறைக்கவும் அல்லது கூர்முனை அலைவடிவங்களைப் பயன்படுத்தவும்.
- தகுதிவாய்ந்த, உயர்தர மூலப்பொருட்களைப் பயன்படுத்துங்கள்.
- எண்ணெய் மற்றும் அசுத்தங்களை அகற்ற, பற்றவைப்புக்கு முந்தைய சுத்தப்படுத்தும் பணியை வலுப்படுத்துங்கள்.
- பற்றவைப்பு கட்டமைப்பு வடிவமைப்பை உகந்ததாக்குங்கள்.
உள் நுண்துளைகள்
லேசர் பற்றவைப்பில் நுண்துளைகள் ஏற்படுவது மிகவும் பொதுவான குறைபாடாகும். வேகமான வெப்பச் சுழற்சி மற்றும் உருகிய குளத்தின் குறுகிய ஆயுட்காலம் ஆகியவை வாயு வெளியேறுவதைத் தடுத்து, நுண்துளைகளை உருவாக்குகின்றன.
பொதுவான வகைகள்: ஹைட்ரஜன் துளைகள், கார்பன் மோனாக்சைடு துளைகள் மற்றும் திறவுகோல் வடிவ சரிவுத் துளைகள்.
வெல்டிங் விரிசல்கள்
விரிசல்கள் பற்றவைப்பின் வலிமையையும் ஆயுட்காலத்தையும் கடுமையாகக் குறைக்கின்றன. லேசர் பற்றவைப்பின் வேகமான வெப்பமாக்கல் மற்றும் குளிர்வித்தல் ஆகியவை விரிசல் ஏற்படும் அபாயத்தை அதிகரிக்கின்றன.
பெரும்பாலான லேசர் பற்றவைப்பு விரிசல்கள் வெப்ப விரிசல்களாகும், இவை அலுமினியக் கலவைகள் மற்றும் அதிக கார்பன் / அதிகக் கலப்பு எஃகுகளில் பொதுவாகக் காணப்படுகின்றன.
தடுப்பு
- உடையக்கூடிய பொருட்களில் விரிசல் ஏற்படுவதைக் குறைக்க, முன்சூடாக்குதல் மற்றும் மெதுவாகக் குளிர்விக்கும் அலைவடிவங்களைச் சேர்க்கவும்.
- வெல்டிங் அழுத்தத்தைக் குறைக்க, இணைப்பு வடிவமைப்பை உகந்ததாக்குங்கள்.
- சமமான செயல்திறனில், விரிசல் ஏற்படும் வாய்ப்பு குறைவாக உள்ள பொருட்களைத் தேர்ந்தெடுக்கவும்.
வெல்டிங் சிதைவு
மெல்லிய தகடுகள், பெரிய பரப்பளவுள்ள வேலைப் பொருட்கள் அல்லது பல இடங்களில் செய்யப்படும் பற்றவைப்புகளில் உருக்குலைவு அடிக்கடி ஏற்படுகிறது. இது பொருத்துதல் மற்றும் செயல்திறனைப் பாதிக்கிறது. சீரற்ற வெப்ப உள்ளீடு மற்றும் நிலையற்ற வெப்ப விரிவாக்கம் / சுருக்கம் ஆகியவற்றால் இது உண்டாகிறது.
தீர்வுகள்
- வெப்ப உள்ளீட்டைக் குறைக்க அளவுருக்களை உகந்ததாக்குங்கள்: துடிப்பு அகலத்தைக் குறைக்கும் அதே வேளையில் உச்சபட்ச ஆற்றலை அதிகரிக்கவும்.
- ஒரு அலகு நேரத்திற்கான வெப்பத்தைக் குறைக்க, பற்றவைப்பு வேகத்தையும் துடிப்பு அதிர்வெண்ணையும் குறைக்கவும்.
- சீரான வெப்பமூட்டலை உறுதிசெய்ய, பற்றவைப்பு வரிசையை உகந்ததாக்குங்கள்.
பதிவிட்ட நேரம்: பிப்ரவரி 25, 2026
