லேசர் உருவாக்கத்தின் கொள்கை

லேசர்களின் கொள்கையை நாம் ஏன் தெரிந்து கொள்ள வேண்டும்?

பொதுவான குறைக்கடத்தி லேசர்கள், இழைகள், டிஸ்க்குகள் மற்றும் இடையே உள்ள வேறுபாடுகளை அறிவதுYAG லேசர்தேர்வுச் செயல்பாட்டின் போது சிறந்த புரிதலைப் பெறவும் மேலும் விவாதங்களில் ஈடுபடவும் உதவும்.

கட்டுரை முக்கியமாக பிரபலமான அறிவியலில் கவனம் செலுத்துகிறது: லேசர் உருவாக்கம் கொள்கை, லேசர்களின் முக்கிய அமைப்பு மற்றும் பல பொதுவான வகை லேசர்கள் பற்றிய சுருக்கமான அறிமுகம்.

முதலாவதாக, லேசர் உருவாக்கத்தின் கொள்கை

தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு பெருக்கம் எனப்படும் ஒளி மற்றும் பொருளுக்கு இடையேயான தொடர்பு மூலம் லேசர் உருவாக்கப்படுகிறது; தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு பெருக்கத்தைப் புரிந்துகொள்வதற்கு ஐன்ஸ்டீனின் தன்னிச்சையான உமிழ்வு, தூண்டப்பட்ட உறிஞ்சுதல் மற்றும் தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு மற்றும் சில தேவையான தத்துவார்த்த அடித்தளங்களைப் புரிந்துகொள்வது அவசியம்.

கோட்பாட்டு அடிப்படை 1: போர் மாதிரி

போர் மாதிரியானது முக்கியமாக அணுக்களின் உள் கட்டமைப்பை வழங்குகிறது, லேசர்கள் எவ்வாறு நிகழ்கின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வதை எளிதாக்குகிறது. ஒரு அணு அணுக்கருவுக்கு வெளியே உள்ள கரு மற்றும் எலக்ட்ரான்களால் ஆனது, மேலும் எலக்ட்ரான்களின் சுற்றுப்பாதைகள் தன்னிச்சையானவை அல்ல. எலக்ட்ரான்கள் சில சுற்றுப்பாதைகளை மட்டுமே கொண்டுள்ளன, அவற்றில் உள் சுற்றுப்பாதை தரை நிலை என்று அழைக்கப்படுகிறது; ஒரு எலக்ட்ரான் தரை நிலையில் இருந்தால், அதன் ஆற்றல் மிகக் குறைவாக இருக்கும். ஒரு எலக்ட்ரான் சுற்றுப்பாதையில் இருந்து குதித்தால், அது முதல் உற்சாக நிலை என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் முதல் உற்சாகமான நிலையின் ஆற்றல் தரை நிலையை விட அதிகமாக இருக்கும்; மற்றொரு சுற்றுப்பாதை இரண்டாவது உற்சாகமான நிலை என்று அழைக்கப்படுகிறது;

இந்த மாதிரியில் எலக்ட்ரான்கள் வெவ்வேறு சுற்றுப்பாதைகளில் நகரும் என்பதால் லேசர் ஏற்படுவதற்கான காரணம். எலக்ட்ரான்கள் ஆற்றலை உறிஞ்சினால், அவை தரை நிலையிலிருந்து உற்சாகமான நிலைக்கு இயங்க முடியும்; ஒரு எலக்ட்ரான் உற்சாகமான நிலையில் இருந்து தரை நிலைக்குத் திரும்பினால், அது ஆற்றலை வெளியிடும், இது பெரும்பாலும் லேசர் வடிவில் வெளியிடப்படுகிறது.

கோட்பாட்டு அடிப்படை 2: ஐன்ஸ்டீனின் தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு கோட்பாடு

1917 ஆம் ஆண்டில், ஐன்ஸ்டீன் தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு கோட்பாட்டை முன்மொழிந்தார், இது லேசர்கள் மற்றும் லேசர் உற்பத்திக்கான கோட்பாட்டு அடிப்படையாகும்: பொருளின் உறிஞ்சுதல் அல்லது உமிழ்வு முக்கியமாக கதிர்வீச்சு புலம் மற்றும் பொருளை உருவாக்கும் துகள்கள் மற்றும் அதன் மையத்திற்கு இடையிலான தொடர்புகளின் விளைவாகும். சாராம்சம் என்பது வெவ்வேறு ஆற்றல் நிலைகளுக்கு இடையில் துகள்களின் மாற்றம் ஆகும். ஒளிக்கும் பொருளுக்கும் இடையிலான தொடர்புகளில் மூன்று வெவ்வேறு செயல்முறைகள் உள்ளன: தன்னிச்சையான உமிழ்வு, தூண்டப்பட்ட உமிழ்வு மற்றும் தூண்டப்பட்ட உறிஞ்சுதல். அதிக எண்ணிக்கையிலான துகள்களைக் கொண்ட ஒரு அமைப்பிற்கு, இந்த மூன்று செயல்முறைகளும் எப்போதும் இணைந்தே இருக்கும் மற்றும் நெருங்கிய தொடர்புடையவை.

தன்னிச்சையான உமிழ்வு:

படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி: உயர் ஆற்றல் நிலை E2 இல் உள்ள எலக்ட்ரான் தன்னிச்சையாக குறைந்த ஆற்றல் நிலை E1 க்கு மாறுகிறது மற்றும் hv மற்றும் hv=E2-E1 என்ற ஆற்றலுடன் ஒரு ஃபோட்டானை வெளியிடுகிறது; இந்த தன்னிச்சையான மற்றும் தொடர்பில்லாத மாறுதல் செயல்முறை தன்னிச்சையான மாற்றம் என்றும், தன்னிச்சையான மாற்றங்களால் வெளிப்படும் ஒளி அலைகள் தன்னிச்சையான கதிர்வீச்சு என்றும் அழைக்கப்படுகிறது.

தன்னிச்சையான உமிழ்வின் பண்புகள்: ஒவ்வொரு ஃபோட்டானும் வெவ்வேறு திசைகள் மற்றும் கட்டங்களுடன் சுயாதீனமானது, மேலும் நிகழ்வு நேரமும் சீரற்றது. இது பொருத்தமற்ற மற்றும் குழப்பமான ஒளிக்கு சொந்தமானது, இது லேசருக்கு தேவையான ஒளி அல்ல. எனவே, லேசர் உற்பத்தி செயல்முறை இந்த வகை தவறான ஒளியைக் குறைக்க வேண்டும். பல்வேறு லேசர்களின் அலைநீளம் தவறான ஒளியைக் கொண்டிருப்பதற்கான காரணங்களில் இதுவும் ஒன்றாகும். நன்கு கட்டுப்படுத்தப்பட்டால், லேசரில் தன்னிச்சையான உமிழ்வு விகிதம் புறக்கணிக்கப்படலாம். 1060 nm போன்ற தூய்மையான லேசர் 1060 nm ஆகும், இந்த வகை லேசர் ஒப்பீட்டளவில் நிலையான உறிஞ்சுதல் வீதத்தையும் சக்தியையும் கொண்டுள்ளது.

தூண்டப்பட்ட உறிஞ்சுதல்:

குறைந்த ஆற்றல் மட்டங்களில் உள்ள எலக்ட்ரான்கள் (குறைந்த சுற்றுப்பாதைகள்), ஃபோட்டான்களை உறிஞ்சிய பிறகு, அதிக ஆற்றல் நிலைகளுக்கு (உயர் சுற்றுப்பாதைகள்) மாறுகிறது, மேலும் இந்த செயல்முறை தூண்டப்பட்ட உறிஞ்சுதல் என்று அழைக்கப்படுகிறது. தூண்டப்பட்ட உறிஞ்சுதல் முக்கியமானது மற்றும் முக்கிய உந்தி செயல்முறைகளில் ஒன்றாகும். லேசரின் பம்ப் மூலமானது ஃபோட்டான் ஆற்றலை வழங்குகிறது, இது ஆதாய ஊடகத்தில் உள்ள துகள்களை மாற்றுவதற்கும் அதிக ஆற்றல் மட்டங்களில் தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சுக்காக காத்திருக்கவும், லேசரை வெளியிடுகிறது.

தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு:

வெளிப்புற ஆற்றலின் ஒளியால் (hv=E2-E1) கதிர்வீச்சு செய்யப்படும்போது, ​​உயர் ஆற்றல் மட்டத்தில் உள்ள எலக்ட்ரான் வெளிப்புற ஃபோட்டானால் உற்சாகமடைந்து, குறைந்த ஆற்றல் மட்டத்திற்குத் தாவுகிறது (உயர் சுற்றுப்பாதை குறைந்த சுற்றுப்பாதையில் இயங்குகிறது). அதே நேரத்தில், அது வெளிப்புற ஃபோட்டானைப் போலவே ஒரு ஃபோட்டானையும் வெளியிடுகிறது. இந்த செயல்முறை அசல் தூண்டுதல் ஒளியை உறிஞ்சாது, எனவே இரண்டு ஒத்த ஃபோட்டான்கள் இருக்கும், எலக்ட்ரான் முன்பு உறிஞ்சப்பட்ட ஃபோட்டானை துப்புவதால் புரிந்து கொள்ள முடியும், இந்த ஒளிர்வு செயல்முறை தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு என்று அழைக்கப்படுகிறது, இது தூண்டப்பட்ட உறிஞ்சுதலின் தலைகீழ் செயல்முறையாகும்.

கோட்பாடு தெளிவாகத் தெரிந்த பிறகு, மேலே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, லேசரை உருவாக்குவது மிகவும் எளிது: சாதாரண பொருள் நிலைத்தன்மையின் கீழ், பெரும்பாலான எலக்ட்ரான்கள் தரை நிலையில் உள்ளன, எலக்ட்ரான்கள் தரை நிலையில் உள்ளன, மற்றும் லேசர் சார்ந்தது தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு. எனவே, லேசரின் அமைப்பு முதலில் தூண்டப்பட்ட உறிஞ்சுதலை அனுமதித்து, எலக்ட்ரான்களை உயர் ஆற்றல் நிலைக்குக் கொண்டு வந்து, பின்னர் அதிக எண்ணிக்கையிலான உயர் ஆற்றல் நிலை எலக்ட்ரான்களை தூண்டிய கதிர்வீச்சுக்கு உட்படுத்த, ஃபோட்டான்களை வெளியிடுவதற்கு தூண்டுதலை வழங்குவதாகும். லேசர் உருவாக்க முடியும். அடுத்து, லேசர் கட்டமைப்பை அறிமுகப்படுத்துவோம்.

லேசர் அமைப்பு:

லேசர் கட்டமைப்பை முன்பு குறிப்பிட்டுள்ள லேசர் உருவாக்க நிலைமைகளுடன் ஒவ்வொன்றாக பொருத்தவும்:

நிகழ்வின் நிலை மற்றும் தொடர்புடைய அமைப்பு:

1. லேசர் வேலை செய்யும் ஊடகமாக பெருக்க விளைவை வழங்கும் ஒரு ஆதாய ஊடகம் உள்ளது, மேலும் அதன் செயல்படுத்தப்பட்ட துகள்கள் தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சை உருவாக்குவதற்கு ஏற்ற ஆற்றல் நிலை அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன (முக்கியமாக உயர் ஆற்றல் சுற்றுப்பாதைகளுக்கு எலக்ட்ரான்களை பம்ப் செய்ய முடியும் மற்றும் ஒரு குறிப்பிட்ட காலத்திற்கு இருக்கும். , பின்னர் தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு மூலம் ஒரே மூச்சில் ஃபோட்டான்களை வெளியிடுங்கள்);

2. எலக்ட்ரான்களை கீழ் மட்டத்திலிருந்து மேல் மட்டத்திற்கு பம்ப் செய்யக்கூடிய வெளிப்புற தூண்டுதல் மூலமானது (பம்ப் சோர்ஸ்) உள்ளது, இதனால் லேசரின் மேல் மற்றும் கீழ் நிலைகளுக்கு இடையே துகள் எண் தலைகீழாக ஏற்படுகிறது (அதாவது, அதிக ஆற்றல் துகள்கள் இருக்கும் போது YAG லேசர்களில் உள்ள செனான் விளக்கு போன்ற குறைந்த ஆற்றல் துகள்கள்;

3. லேசர் அலைவுகளை அடையக்கூடிய, லேசர் வேலை செய்யும் பொருளின் வேலை நீளத்தை அதிகரிக்கக்கூடிய, ஒளி அலை பயன்முறையைத் திரையிடக்கூடிய, கற்றை பரவும் திசையைக் கட்டுப்படுத்தக்கூடிய, ஒரே நிறத்தை மேம்படுத்த தூண்டப்பட்ட கதிர்வீச்சு அதிர்வெண்ணைத் தேர்ந்தெடுத்துப் பெருக்கக்கூடிய ஒரு அதிர்வு குழி உள்ளது. லேசர் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆற்றலில் வெளியிடப்படுகிறது).

தொடர்புடைய அமைப்பு மேலே உள்ள படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது, இது YAG லேசரின் எளிய அமைப்பாகும். மற்ற கட்டமைப்புகள் மிகவும் சிக்கலானதாக இருக்கலாம், ஆனால் மையமானது இதுதான். லேசர் உற்பத்தி செயல்முறை படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளது:

லேசர் வகைப்பாடு: பொதுவாக ஆதாய ஊடகம் அல்லது லேசர் ஆற்றல் வடிவத்தால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது

நடுத்தர வகைப்பாட்டைப் பெறுங்கள்:

கார்பன் டை ஆக்சைடு லேசர்: கார்பன் டை ஆக்சைடு லேசரின் ஆதாய ஊடகம் ஹீலியம் மற்றும்CO2 லேசர்,10.6um லேசர் அலைநீளத்துடன், இது தொடங்கப்பட்ட ஆரம்ப லேசர் தயாரிப்புகளில் ஒன்றாகும். ஆரம்பகால லேசர் வெல்டிங் முக்கியமாக கார்பன் டை ஆக்சைடு லேசரை அடிப்படையாகக் கொண்டது, இது தற்போது முக்கியமாக வெல்டிங் மற்றும் உலோகம் அல்லாத பொருட்களை (துணிகள், பிளாஸ்டிக், மரம் போன்றவை) வெட்டுவதற்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கூடுதலாக, இது லித்தோகிராஃபி இயந்திரங்களிலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கார்பன் டை ஆக்சைடு லேசரை ஆப்டிகல் ஃபைபர்கள் மூலம் கடத்த முடியாது மற்றும் இடஞ்சார்ந்த ஆப்டிகல் பாதைகள் வழியாக பயணிக்க முடியாது, ஆரம்பகால டோங்குவாய் ஒப்பீட்டளவில் சிறப்பாக செய்யப்பட்டது, மேலும் நிறைய வெட்டும் கருவிகள் பயன்படுத்தப்பட்டன;

YAG (இட்ரியம் அலுமினியம் கார்னெட்) லேசர்: நியோடைமியம் (Nd) அல்லது yttrium (Yb) உலோக அயனிகளுடன் டோப் செய்யப்பட்ட YAG படிகங்கள் 1.06um உமிழ்வு அலைநீளத்துடன் லேசர் ஆதாய ஊடகமாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. YAG லேசர் அதிக பருப்புகளை வெளியிட முடியும், ஆனால் சராசரி சக்தி குறைவாக உள்ளது, மேலும் உச்ச சக்தி சராசரி சக்தியை விட 15 மடங்கு அடையும். இது முக்கியமாக துடிப்பு லேசராக இருந்தால், தொடர்ச்சியான வெளியீட்டை அடைய முடியாது; ஆனால் இது ஆப்டிகல் ஃபைபர்கள் மூலம் பரவுகிறது, அதே நேரத்தில், உலோகப் பொருட்களின் உறிஞ்சுதல் விகிதம் அதிகரிக்கிறது, மேலும் இது உயர் பிரதிபலிப்பு பொருட்களில் பயன்படுத்தத் தொடங்குகிறது, முதலில் 3C புலத்தில் பயன்படுத்தப்பட்டது;

ஃபைபர் லேசர்: சந்தையில் தற்போதைய முக்கிய நீரோட்டமானது 1060nm அலைநீளத்துடன் ytterbium டோப் செய்யப்பட்ட ஃபைபரை ஆதாய ஊடகமாகப் பயன்படுத்துகிறது. இது மேலும் நடுத்தர வடிவத்தின் அடிப்படையில் ஃபைபர் மற்றும் டிஸ்க் லேசர்களாக பிரிக்கப்படுகிறது; ஃபைபர் ஆப்டிக் என்பது IPG ஐக் குறிக்கிறது, அதே நேரத்தில் வட்டு Tongkuai ஐக் குறிக்கிறது.

குறைக்கடத்தி லேசர்: ஆதாய ஊடகம் ஒரு குறைக்கடத்தி PN சந்திப்பு ஆகும், மேலும் குறைக்கடத்தி லேசரின் அலைநீளம் முக்கியமாக 976nm ஆக உள்ளது. தற்போது, ​​செமிகண்டக்டர் அருகில்-அகச்சிவப்பு லேசர்கள் முக்கியமாக உறைப்பூச்சுக்கு பயன்படுத்தப்படுகின்றன, 600um மேல் ஒளி புள்ளிகள் உள்ளன. லேசர்லைன் என்பது குறைக்கடத்தி லேசர்களின் பிரதிநிதி நிறுவனமாகும்.

ஆற்றல் செயல்பாட்டின் வடிவத்தால் வகைப்படுத்தப்படுகிறது: பல்ஸ் லேசர் (பல்ஸ்), அரை தொடர்ச்சியான லேசர் (QCW), தொடர்ச்சியான லேசர் (CW)

பல்ஸ் லேசர்: நானோ விநாடி, பைக்கோசெகண்ட், ஃபெம்டோசெகண்ட், இந்த உயர் அதிர்வெண் துடிப்பு லேசர் (ns, துடிப்பு அகலம்) பெரும்பாலும் அதிக உச்ச ஆற்றல், உயர் அதிர்வெண் (MHZ) செயலாக்கத்தை அடைய முடியும், இது மெல்லிய தாமிரம் மற்றும் அலுமினியம் வேறுபட்ட பொருட்களை செயலாக்க பயன்படுகிறது, மேலும் பெரும்பாலும் சுத்தம் செய்கிறது . அதிக உச்ச ஆற்றலைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், குறைந்த செயல் நேரம் மற்றும் சிறிய வெப்பத்தால் பாதிக்கப்பட்ட மண்டலத்துடன் அடிப்படைப் பொருளை விரைவாக உருகச் செய்யலாம். அதி-மெல்லிய பொருட்களை (0.5 மிமீக்குக் கீழே) செயலாக்குவதில் இது நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது;

அரை தொடர்ச்சியான லேசர் (QCW): அதிக மறுநிகழ்வு விகிதம் மற்றும் குறைந்த கடமை சுழற்சி காரணமாக (50% க்கும் குறைவாக), துடிப்பு அகலம்QCW லேசர்50 us-50 ms ஐ அடைகிறது, கிலோவாட் அளவிலான தொடர்ச்சியான ஃபைபர் லேசர் மற்றும் Q-சுவிட்ச் செய்யப்பட்ட பல்ஸ் லேசர் இடையே உள்ள இடைவெளியை நிரப்புகிறது; தொடர்ச்சியான பயன்முறை செயல்பாட்டின் கீழ், ஒரு அரை தொடர்ச்சியான ஃபைபர் லேசரின் உச்ச சக்தி சராசரி சக்தியை விட 10 மடங்குகளை எட்டும். QCW லேசர்கள் பொதுவாக இரண்டு முறைகளைக் கொண்டுள்ளன, ஒன்று குறைந்த சக்தியில் தொடர்ச்சியான வெல்டிங் ஆகும், மற்றொன்று சராசரி சக்தியை விட 10 மடங்கு அதிக சக்தி கொண்ட துடிப்புள்ள லேசர் வெல்டிங் ஆகும், இது தடிமனான பொருட்கள் மற்றும் அதிக வெப்ப வெல்டிங்கை அடைய முடியும், அதே நேரத்தில் வெப்பத்தை கட்டுப்படுத்துகிறது. மிக சிறிய வரம்பு;

தொடர்ச்சியான லேசர் (CW): இது மிகவும் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் சந்தையில் காணப்படும் பெரும்பாலான லேசர்கள் CW லேசர்கள் ஆகும், அவை வெல்டிங் செயலாக்கத்திற்கான லேசரை தொடர்ந்து வெளியிடுகின்றன. ஃபைபர் லேசர்கள் வெவ்வேறு மைய விட்டம் மற்றும் பீம் குணங்களின்படி ஒற்றை-முறை மற்றும் பல-முறை லேசர்களாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன, மேலும் அவை வெவ்வேறு பயன்பாட்டுக் காட்சிகளுக்கு ஏற்றவாறு மாற்றியமைக்கப்படுகின்றன.