No ke aha mākou e ʻike ai i ke kumu o nā lasers?
ʻIke i nā ʻokoʻa ma waena o nā laser semiconductor maʻamau, nā fibers, discs, a meYAG laserhiki ke kōkua i ka loaʻa ʻana o ka ʻike maikaʻi a me ke komo ʻana i nā kūkākūkā hou aʻe i ke kaʻina koho.
Hoʻopili nui ka ʻatikala i ka ʻepekema kaulana: kahi hoʻolauna pōkole i ke kumumanaʻo o ka hanauna laser, ke ʻano nui o nā lasers, a me nā ʻano lasers maʻamau.
ʻO ka mea mua, ke kumu o ka hana laser
Hoʻokumu ʻia ka laser ma o ka launa pū ʻana ma waena o ka mālamalama a me ka mea, i ʻike ʻia ʻo ka hoʻoulu ʻana i ka radiation amplification; ʻO ka hoʻomaopopo ʻana i ka hoʻonui ʻia ʻana o ka radiation hoʻoulu ʻia e pono ai ka hoʻomaopopo ʻana i nā manaʻo o Einstein e pili ana i ka hoʻokuʻu wale ʻana, hoʻoulu ʻia ka absorption, a me ka hoʻoulu ʻana i ka radiation, a me kekahi mau kumu manaʻo pono.
Kumu Manaʻo 1: Hoʻohālike Bohr
Hāʻawi ke kumu hoʻohālike Bohr i ke ʻano o loko o nā atom, e maʻalahi ke hoʻomaopopo i ke ʻano o nā lasers. Hoʻokumu ʻia kahi ʻātoma me kahi nucleus a me nā electrons ma waho o ka nucleus, a ʻaʻole kūʻokoʻa nā orbital o nā electrons. Loaʻa i nā electrons kekahi mau orbital, kahi i kapa ʻia ka orbital o loko loa ʻo ke ʻano o ka honua; Inā aia ka electron i ka moku'āina, ʻo kona ikehu ka haʻahaʻa loa. Inā lele ka electron i waho o kahi orbit, ua kapa ʻia ʻo ia ka mokuʻāina hauʻoli mua, a ʻoi aku ka kiʻekiʻe o ka ikaika o ka mokuʻāina hoʻohiwahiwa mua ma mua o ka mokuʻāina; Ua kapa ʻia kekahi orbit ʻo ka lua o ka hauʻoli;
ʻO ke kumu o ka hiki ʻana o ka laser no ka neʻe ʻana o nā electron i nā orbit ʻokoʻa i kēia kükohu. Inā hoʻokomo nā electrons i ka ikehu, hiki iā lākou ke holo mai ka moku'āina a hiki i ke kūlana hauʻoli; Inā hoʻi ka electron mai ka hauʻoli i ka moku'āina, e hoʻokuʻu ia i ka ikehu, i hoʻokuʻu pinepineʻia ma keʻano o ka laser.
Kumu Manaʻo 2: ʻO ka manaʻo hoʻoheheʻe ʻana o Einstein
I ka makahiki 1917, ua hāʻawi ʻo Einstein i ke kumumanaʻo o ka radiation i hoʻoulu ʻia, ʻo ia ke kumu kumu no ka lasers a me ka hana laser: ʻo ka absorption a i ʻole ka hoʻokuʻu ʻana o ka mea ʻo ia ka hopena o ka pilina ma waena o ka pā radiation a me nā ʻāpana i hana i ka mea, a me kāna kumu. ʻO ka essence ka hoʻololi o nā ʻāpana ma waena o nā pae ikehu like ʻole. ʻEkolu kaʻina hana like ʻole i ka launa pū ʻana ma waena o ka māmā a me ka mea: ka hoʻokuʻu kūʻokoʻa, ka hoʻoulu ʻia, a me ka absorption. No kahi ʻōnaehana i loaʻa ka heluna nui o nā ʻāpana, ʻo kēia mau kaʻina hana ʻekolu e noho pū ana a pili pili.
Hoʻokuʻu kūʻokoʻa:
E like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke kiʻi: hoʻololi koke ka electron ma ka pae ikehu kiʻekiʻe E2 i ka pae haʻahaʻa haʻahaʻa E1 a hoʻopuka i kahi photon me ka ikehu o ka hv, a me ka hv=E2-E1; ʻO kēia kaʻina hoʻololi kūʻokoʻa a pili ʻole i kapa ʻia he hoʻololi kūʻokoʻa, a ʻo nā nalu māmā i hoʻokuʻu ʻia e nā hoʻololi kūʻokoʻa i kapa ʻia ʻo spontaneous radiation.
ʻO nā hiʻohiʻona o ka hoʻokuʻu wale ʻana: He kūʻokoʻa kēlā me kēia photon, me nā ʻaoʻao a me nā pae like ʻole, a ʻo ka manawa hanana ʻana hoʻi. Aia ia i ke kukui incoherent a me ka chaotic, ʻaʻole ia ka kukui i koi ʻia e ka laser. No laila, pono ke kaʻina hana laser e hōʻemi i kēia ʻano kukui hele. ʻO kēia hoʻi kekahi o nā kumu i loaʻa ai ka māmā i ka nalu o nā lasers like ʻole. Inā mālama maikaʻi ʻia, hiki ke nānā ʻole ʻia ka hapa o ka hoʻokuʻu ʻana i ka laser. ʻO ka maʻemaʻe o ka laser, e like me 1060 nm, ʻo ia ka 1060 nm āpau, ʻO kēia ʻano laser he paʻa paʻa absorption rate a me ka mana.
Hoʻoulu ʻia ka absorption:
Electrons ma haʻahaʻa ikehu pae (haʻahaʻa orbitals), ma hope o ka hoʻomoe ʻana i nā kiʻi, hoʻololi i ke kiʻekiʻe o ka ikehu pae (high orbitals), a ua kapaia keia kaʻina hana stimulated absorption. He mea koʻikoʻi ka hoʻoulu ʻia ʻana o ka absorption a ʻo kekahi o nā kaʻina hana pumping. Hāʻawi ka puna puna o ka laser i ka ikehu photon e hoʻoneʻe i nā ʻāpana i loko o ka medium gain e hoʻololi a kali no ka hoʻoulu ʻana i ka radiation ma nā pae ikehu kiʻekiʻe, e hoʻokuʻu ana i ka laser.
Hoʻoulu ʻia ka radiation:
Ke hoʻomālamalama ʻia e ke kukui o ka ikehu o waho (hv=E2-E1), ʻoliʻoli ka electron ma ka pae ikehu kiʻekiʻe e ka photon o waho a lele i ka pae ikehu haʻahaʻa (holo ka orbit kiʻekiʻe i ka orbit haʻahaʻa). I ka manawa like, hoʻopuka ia i kahi photon e like me ka photon waho. ʻAʻole komo kēia kaʻina i ke kukui hoʻouluulu kumu, no laila e loaʻa i ʻelua photons like, hiki ke hoʻomaopopo ʻia e like me ke kuha ʻana o ka electron i ka photon i hoʻopaʻa mua ʻia, ua kapa ʻia kēia kaʻina luminescence i hoʻoulu ʻia, ʻo ia ke kaʻina hoʻohuli o ka absorption hoʻoulu ʻia.
Ma hope o ka maopopo ʻana o ke kumumanaʻo, he mea maʻalahi loa ke kūkulu ʻana i kahi laser, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ka kiʻi ma luna: ma lalo o nā kūlana maʻamau o ke kūpaʻa waiwai, ʻo ka hapa nui o nā electrons i loko o ka mokuʻāina, nā electrons i ka ʻāina, a me ka laser e hilinaʻi ʻia ma luna. hoʻoulu ʻia i ka radiation. No laila, ʻo ke ʻano o ka laser e ʻae i ka absorption i hoʻoulu ʻia e hana mua, e lawe ana i nā electrons i ka pae kiʻekiʻe o ka ikehu, a laila e hāʻawi i kahi hauʻoli e hoʻokau i ka nui o nā electrons kiʻekiʻe kiʻekiʻe e hana i ka radiation hoʻoulu ʻia, e hoʻokuʻu ana i nā photons, Mai kēia, hiki ke hana i ka laser. A laila, e hoʻolauna mākou i ka hoʻolālā laser.
Hoʻolālā Laser:
E hoʻohālikelike i ke ʻano o ka laser me nā kūlana hana laser i haʻi mua ʻia i kēlā me kēia:
Kūlana o ka hanana ʻana a me ke ʻano like:
1. Aia kekahi mea hoʻonui e hāʻawi i ka hopena amplification e like me ka mīkini hana laser, a ʻo kāna mau mea i hoʻāla ʻia he ʻano pae ikehu kūpono no ka hoʻoulu ʻana i ka radiation hoʻoulu ʻia (ʻoi aku ka hiki ke hoʻomake i nā electrons i nā orbital ikaika kiʻekiʻe a noho no kekahi manawa. , a laila hoʻokuʻu i nā kiʻi kiʻi i hoʻokahi hanu ma o ka hoʻoulu ʻana i ka radiation);
2. Aia kekahi kumu ho'ohiwahiwa o waho (puna puna) hiki ke ho'omo'i i nā electrons mai ka pae ha'aha'a a hiki i ka pae ki'eki'e, e ho'ohuli ana i ka helu o ka huahelu ma waena o ka pae o luna a me lalo o ka laser ('o ia ho'i, ke 'oi aku ka nui o ka ikehu ma mua o nā ʻāpana uila haʻahaʻa), e like me ke kukui xenon i nā laser YAG;
3. Aia kahi lua resonant e hiki ai ke hoʻokō i ka oscillation laser, e hoʻonui i ka lōʻihi o ka hana o ka mea hana laser, e pale i ke ʻano o ka hawewe māmā, e hoʻomalu i ka kuhikuhi hoʻolaha o ka kukuna, e hoʻonui i ke alapine radiation hoʻoulu e hoʻomaikaʻi i ka monochromaticity (e hōʻoia i ka hoʻopuka ʻia ka laser ma kekahi ikehu).
Hōʻike ʻia ke ʻano pili i ke kiʻi i luna, he ʻano maʻalahi o ka laser YAG. ʻOi aku ka paʻakikī o nā hale ʻē aʻe, akā ʻo ke kumu kēia. Hōʻike ʻia ke kaʻina hana laser ma ke kiʻi:
Hoʻokaʻawale laser: hoʻokaʻawale maʻamau e ka loaʻa ʻana a i ʻole ma ke ʻano ikehu laser
Loaʻa i ka hoʻohālikelike ʻana:
Laser kalapona kalapona: He helium a meCO2 laser,me ka lōʻihi hawewe laser o 10.6um, ʻo ia kekahi o nā huahana laser mua loa e hoʻokuʻu ʻia. Hoʻokumu nui ʻia ka welding laser mua i ka laser carbon dioxide, ka mea i hoʻohana nui ʻia no ka wili a me ka ʻoki ʻana i nā mea non-metallic (nā lole, plastics, lāʻau, etc.). Eia kekahi, hoʻohana ʻia ia ma nā mīkini lithography. ʻAʻole hiki ke hoʻoili ʻia ka laser carbon dioxide ma o nā fiber optical a hele ma nā ala ʻike ākea, Ua hana maikaʻi ʻia ka Tongkuai mua loa, a ua hoʻohana ʻia ka nui o nā mea ʻoki;
YAG (yttrium aluminum garnet) laser: YAG crystals doped me neodymium (Nd) a i ʻole yttrium (Yb) ion metala e hoʻohana ʻia ma ke ʻano o ka loaʻa ʻana o ka laser, me ka lōʻihi o ka hawewe o 1.06um. Hiki i ka laser YAG ke hoʻopuka i nā pulses kiʻekiʻe, akā haʻahaʻa ka mana awelika, a hiki i ka mana kiʻekiʻe ke hiki i 15 mau manawa o ka mana awelika. Inā ʻo ia ka laser pulse, ʻaʻole hiki ke hoʻokō ʻia ka hoʻomau mau ʻana; Akā hiki ke hoʻoili ʻia ma o nā fibers optical, a ma ka manawa like, piʻi ka absorption rate o nā mea metala, a hoʻomaka ia e hoʻopili ʻia i nā mea reflectivity kiʻekiʻe, i hoʻohana mua ʻia ma ke kahua 3C;
Fiber laser: Ke hoʻohana nei ka mainstream i ka mākeke i ka ytterbium doped fiber e like me ka loaʻa ʻana, me ka nalu o 1060nm. Hoʻokaʻawale hou ʻia i nā fiber a me nā laser disc e pili ana i ke ʻano o ka medium; Hōʻike ka fiber optic i ka IPG, ʻoiai ʻo Tongkuai ka disc.
ʻO ka laser Semiconductor: ʻO ka medium gain he semiconductor PN junction, a ʻo ka lōʻihi o ka nalu o ka laser semiconductor ka nui ma 976nm. I kēia manawa, hoʻohana nui ʻia nā laser semiconductor kokoke-infrared no ka pale ʻana, me nā wahi kukui ma luna o 600um. ʻO Laserline kahi ʻoihana hōʻike o nā laser semiconductor.
Hoʻokaʻawale ʻia e ke ʻano o ka hana ikehu: Pulse laser (PULSE), quasi continuous laser (QCW), continuous laser (CW)
Pulse laser: nanosecond, picosecond, femtosecond, kēia kiʻekiʻe-frequency pulse laser (ns, pulse laula) hiki ke hoʻokō i ka ikehu kiʻekiʻe kiʻekiʻe, kiʻekiʻe alapine (MHZ) hana, hoʻohana 'ia no ka hana keleawe lahilahi a me ka alumini mea like 'ole, a me ka hoʻomaʻemaʻe ka hapanui. . Ma ka hoʻohana ʻana i ka ikehu kiʻekiʻe, hiki iā ia ke hoʻoheheʻe koke i ka mea kumu, me ka manawa hana haʻahaʻa a me kahi wahi wela liʻiliʻi. Loaʻa iā ia nā mea maikaʻi i ka hana ʻana i nā mea ultra-thin (ma lalo o 0.5mm);
ʻO Quasi Continuous Laser (QCW): Ma muli o ke kiʻekiʻe o ka hana hou ʻana a me ke kaʻina hana haʻahaʻa (ma lalo o 50%), ka laulā pulse oQCW laserhiki i ka 50 us-50 ms, e hoʻopiha ana i ke āpau ma waena o ka pae kilowatt mau ka fiber laser a me ka Q-switched pulse laser; Hiki i ka mana kiʻekiʻe o kahi laser fiber mau ke hiki i 10 mau manawa o ka mana ma lalo o ka hana mau. ʻElua mau ʻano o nā lasers QCW, ʻo kekahi e hoʻomau mau ana i ka mana haʻahaʻa, a ʻo ka mea ʻē aʻe he pulsed laser welding me ka mana kiʻekiʻe o 10 mau manawa o ka mana awelika, hiki ke hoʻokō i nā mea mānoanoa a ʻoi aku ka wela o ka welding, ʻoiai ke kāohi nei i ka wela i loko o kahi. liʻiliʻi loa;
Hoʻomau Laser (CW): ʻO kēia ka mea maʻamau i hoʻohana ʻia, a ʻo ka hapa nui o nā lasers i ʻike ʻia ma ka mākeke ʻo nā lasers CW e hoʻopuka mau ana i ka laser no ka hoʻoili ʻana. Hoʻokaʻawale ʻia nā laser fiber i ka laser mode-mode a me multi-mode e like me nā ʻano diameters ʻokoʻa a me nā ʻano beam, a hiki ke hoʻololi ʻia i nā hiʻohiʻona noiʻi like ʻole.
Ka manawa hoʻouna: Dec-20-2023
