Ìlànà Ìṣẹ̀dá Lésà

Kí ló dé tí a fi nílò láti mọ ìlànà àwọn ẹ̀rọ laser?

Mímọ ìyàtọ̀ láàárín àwọn lésà semiconductor tó wọ́pọ̀, àwọn okùn, àwọn díìsì, àtiLésà YAGle tun ṣe iranlọwọ lati ni oye ti o dara julọ ati lati kopa ninu awọn ijiroro diẹ sii lakoko ilana yiyan.

Àpilẹ̀kọ náà dá lórí ìmọ̀ sáyẹ́ǹsì tó gbajúmọ̀: ìṣáájú kúkúrú sí ìlànà ìṣẹ̀dá lésà, ìṣètò pàtàkì ti lésà, àti ọ̀pọ̀lọpọ̀ irú lésà tó wọ́pọ̀.

Ni akọkọ, ilana ti iran ina lesa

A máa ń ṣẹ̀dá léésà nípasẹ̀ ìbáṣepọ̀ láàárín ìmọ́lẹ̀ àti ohun èlò, tí a mọ̀ sí ìdàgbàsókè ìtànṣán onígbòòrò; Lílóye ìdàgbàsókè ìtànṣán onígbòòrò nílò òye àwọn èrò Einstein nípa ìtújáde aláìròtẹ́lẹ̀, ìdàgbàsókè gbígbà, àti ìtànṣán onígbòòrò, àti àwọn ìpìlẹ̀ ìmọ̀-ẹ̀rọ pàtàkì.

Ìpìlẹ̀ Ìmọ̀-ẹ̀rọ 1: Àwòṣe Bohr

Àwòrán Bohr ní pàtàkì pèsè ìṣètò inú àwọn átọ̀mù, èyí tí ó mú kí ó rọrùn láti lóye bí àwọn lésà ṣe ń ṣẹlẹ̀. Àtọ̀mù kan jẹ́ ti nucleus àti àwọn elektrons níta nucleus, àti pé àwọn ìyípo ti elektrons kì í ṣe aláìdámọ̀. Àwọn elektrons ní àwọn ìyípo kan ṣoṣo, lára ​​èyí tí a ń pè ní ìyípo inú jùlọ ní ipò ilẹ̀; Tí elektron bá wà ní ipò ilẹ̀, agbára rẹ̀ ni èyí tí ó rẹlẹ̀ jùlọ. Tí elektron bá fò láti inú ìyípo kan, a ń pè é ní ipò ìyára àkọ́kọ́, agbára ipò ìyára àkọ́kọ́ yóò sì ga ju ti ipò ilẹ̀ lọ; ìyípo mìíràn ni a ń pè ní ipò ìyára kejì;

Ìdí tí lésà fi lè ṣẹlẹ̀ ni pé àwọn èérọ̀nọ́ńbà yóò máa rìn ní oríṣiríṣi ìyípo nínú àwòṣe yìí. Tí àwọn èérọ̀nọ́ńbà bá ń gba agbára, wọ́n lè sáré láti ipò ilẹ̀ sí ipò ìtara; Tí èérọ̀nọ́ńbà bá padà láti ipò ìtara sí ipò ilẹ̀, yóò tú agbára jáde, èyí tí a sábà máa ń tú jáde ní ìrísí lésà.

Ìpìlẹ̀ Ìmọ̀-ẹ̀rọ 2: Ìmọ̀-ẹ̀rọ Ìtànṣán tí Einstein gbé kalẹ̀

Ní ọdún 1917, Einstein dábàá ẹ̀kọ́ ìtànṣán onígbòòrò, èyí tí ó jẹ́ ìpìlẹ̀ ìmọ̀-ẹ̀rọ fún ìṣẹ̀dá lésà àti lésà: ìfàmọ́ra tàbí ìtújáde ohun èlò jẹ́ àbájáde ìbáṣepọ̀ láàárín pápá ìtànṣán àti àwọn èròjà tí ó para pọ̀ di ohun èlò, àti kókó pàtàkì rẹ̀ ni ìyípadà àwọn èròjà láàárín àwọn ìwọ̀n agbára tó yàtọ̀ síra. Ìlànà mẹ́ta ló wà nínú ìbáṣepọ̀ láàárín ìmọ́lẹ̀ àti ohun èlò: ìtújáde láìròtẹ́lẹ̀, ìtújáde onígbòòrò, àti ìfàmọ́ra onígbòòrò. Fún ètò tí ó ní ọ̀pọ̀lọpọ̀ èròjà, àwọn ìlànà mẹ́ta wọ̀nyí máa ń wà papọ̀ nígbà gbogbo wọ́n sì ní ìbáṣepọ̀ tímọ́tímọ́.

Ìtújáde láìròtẹ́lẹ̀:

Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú àwòrán náà: elekitironi kan lórí ìpele agbára gíga E2 máa ń yí padà láìròtẹ́lẹ̀ sí ìpele agbára kékeré E1 ó sì máa ń tú photon jáde pẹ̀lú agbára hv, àti hv=E2-E1; Ìlànà ìyípadà aláìròtẹ́lẹ̀ yìí ni a ń pè ní ìyípadà aláìròtẹ́lẹ̀, àti àwọn ìgbì ìmọ́lẹ̀ tí àwọn ìyípadà aláìròtẹ́lẹ̀ ń tú jáde ni a ń pè ní ìtànṣán aláìròtẹ́lẹ̀.

Àwọn ànímọ́ ìtújáde láìròtẹ́lẹ̀: Fọ́tònì kọ̀ọ̀kan ló dá dúró, pẹ̀lú àwọn ìtọ́sọ́nà àti ìpele ọ̀tọ̀ọ̀tọ̀, àkókò ìṣẹ̀lẹ̀ náà sì jẹ́ àìròtẹ́lẹ̀. Ó jẹ́ ti ìmọ́lẹ̀ tí kò péye àti tí ó kún fún ìdàrúdàpọ̀, èyí tí kì í ṣe ìmọ́lẹ̀ tí lésà nílò. Nítorí náà, ìlànà ìṣẹ̀dá lésà nílò láti dín irú ìmọ́lẹ̀ tí ó yípadà yìí kù. Èyí tún jẹ́ ọ̀kan lára ​​àwọn ìdí tí ìgbì omi àwọn lésà onírúurú fi ní ìmọ́lẹ̀ tí ó yípadà. Tí a bá ṣàkóso rẹ̀ dáadáa, a lè fojú fo ìpín ìtújáde aláìròtẹ́lẹ̀ nínú lésà náà. Bí lésà náà bá ṣe mọ́ tónítóní tó, bíi 1060 nm, gbogbo rẹ̀ jẹ́ 1060 nm, Irú lésà yìí ní ìwọ̀n ìfàmọ́ra àti agbára tí ó dúró ṣinṣin.

Gbigbọn ti a mu ṣiṣẹ:

Àwọn elekitironi ní ìpele agbára kékeré (àwọn orbital kékeré), lẹ́yìn tí wọ́n bá ti fa àwọn photoni mọ́ra, wọ́n á yípadà sí ìpele agbára gíga (àwọn orbital gíga), wọ́n á sì pe ìlànà yìí ní ìfàsẹ́yìn ìfàsẹ́yìn. Ìfàsẹ́yìn ìfàsẹ́yìn ṣe pàtàkì, ó sì jẹ́ ọ̀kan lára ​​àwọn ìlànà fífàsẹ́yìn pàtàkì. Orísun fifasẹ́yìn ti lesa náà ń fúnni ní agbára photoni láti mú kí àwọn èròjà nínú ibi tí a ti ń rí i yípadà, kí wọ́n sì dúró de ìtànṣán ìfàsẹ́yìn ní ìpele agbára gíga, tí yóò sì máa tú lésa jáde.

Ìtànṣán tí a gbé kalẹ̀:

Nígbà tí ìmọ́lẹ̀ agbára ìta bá tan ìmọ́lẹ̀ sí i (hv=E2-E1), electron ní ìpele agbára gíga náà yóò ru sókè nípasẹ̀ photon ìta, yóò sì fò sí ìpele agbára kékeré (ìyípo gíga náà yóò sáré sí ìyípo kékeré). Ní ​​àkókò kan náà, ó máa ń tú photon kan jáde tí ó jọ photon ìta. Ìlànà yìí kò gba ìmọ́lẹ̀ ìtara àtilẹ̀wá, nítorí náà àwọn photon méjì tí ó jọra yóò wà, èyí tí a lè lóye bí electron ṣe ń tú photon tí ó ti gbà tẹ́lẹ̀ jáde. Ìlànà ìmọ́lẹ̀ yìí ni a ń pè ní ìtànṣán ìtara, èyí tí í ṣe ìyípo ìfàsẹ́yìn ìfàsẹ́yìn ìfàsẹ́yìn.

Lẹ́yìn tí ìlànà yìí bá ṣe kedere, ó rọrùn láti kọ́ lésà, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú àwòrán tó wà lókè yìí: lábẹ́ àwọn ipò déédéé ti ìdúróṣinṣin ohun èlò, ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn elékínónù wà ní ipò ilẹ̀, àwọn elékínónù wà ní ipò ilẹ̀, àti lésà sinmi lórí ìtànṣán oníṣẹ́. Nítorí náà, ìṣètò lésà náà ni láti jẹ́ kí ìfàmọ́ra oníṣẹ́ náà wáyé ní àkọ́kọ́, kí ó mú àwọn elékínónù dé ipò agbára gíga, lẹ́yìn náà ó pèsè ìtara láti mú kí ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn elékínónù onípele agbára gíga faragba ìtànṣán oníṣẹ́, tí ó ń tú àwọn fótónù jáde. Láti inú èyí, a lè ṣe lésà. Lẹ́yìn náà, a ó ṣe àgbékalẹ̀ ìṣètò lésà.

Ìṣètò lésà:

Ṣe ìbáramu eto lesa pẹlu awọn ipo iṣelọpọ lesa ti a mẹnuba tẹlẹ ni ọkọọkan:

Ipo ti iṣẹlẹ ati eto ti o baamu:

1. Agbára ìdàgbàsókè kan wà tí ó ń fúnni ní agbára ìdàgbàsókè gẹ́gẹ́ bí afẹ́fẹ́ lésà tí ń ṣiṣẹ́, àti pé àwọn èròjà rẹ̀ tí a ti mú ṣiṣẹ́ ní ìpele agbára tí ó yẹ fún ṣíṣe ìtànṣán onígbòòrò (ó lè fa àwọn elekitironi sí àwọn ìyípo agbára gíga tí ó sì wà fún àkókò kan pàtó, lẹ́yìn náà ó tú àwọn photon jáde nínú ẹ̀mí kan nípasẹ̀ ìtànṣán onígbòòrò);

2. Orísun ìgbóná ara òde kan wà (orísun fifa omi) tí ó lè fa àwọn elekitironi láti ìpele ìsàlẹ̀ sí ìpele òkè, tí ó lè fa ìyípadà nọ́mbà pàǹtíkì láàrín àwọn ìpele òkè àti ìsàlẹ̀ ti lesa (ìyẹn ni pé, nígbà tí àwọn pàǹtíkì agbára gíga bá wà ju àwọn pàǹtíkì agbára kékeré lọ), gẹ́gẹ́ bí fìtílà xenon nínú àwọn lesa YAG;

3. Ihò ìró kan wà tí ó lè ṣe àṣeyọrí ìyípo lésà, mú kí gígùn iṣẹ́ ohun èlò iṣẹ́ lésà pọ̀ sí i, kí ó bojútó ipò ìgbì ìmọ́lẹ̀, kí ó ṣàkóso ìtọ́sọ́nà ìtànṣán ìtànṣán náà, kí ó mú kí ìgbóná ìtànṣán tí a mú ṣiṣẹ́ pọ̀ sí i láti mú kí agbára kan náà sunwọ̀n sí i (kí ó rí i dájú pé a mú lésà jáde ní agbára kan pàtó).

A fi ìṣètò tó báramu hàn nínú àwòrán tó wà lókè yìí, èyí tó jẹ́ ìṣètò tó rọrùn ti lésà YAG. Àwọn ìṣètò míìrán lè díjú jù, ṣùgbọ́n kókó inú rẹ̀ nìyí. Ìlànà ìṣẹ̀dá lésà ni a fi hàn nínú àwòrán náà:

Ìpínsísọ lésà: gbogbogbòò ni a pín sí oríṣiríṣi nípasẹ̀ gain medium tàbí nípasẹ̀ lílo agbára lésà

Jèrè ìpínsípò àárín:

Lésà èéfín èéfín: Ohun tí a lè rí nínú léésà carbon dioxide ni helium àtiLésà CO2,pẹ̀lú ìwọ̀n ìgbìn lésà tó tó 10.6um, èyí tó jẹ́ ọ̀kan lára ​​àwọn ọjà lésà tó kọ́kọ́ bẹ̀rẹ̀. Ìlànà lésà ìṣáájú dá lórí lésà káàbọ̀n dúdú, èyí tí wọ́n ń lò fún ìlò àti gígé àwọn ohun èlò tí kì í ṣe irin (àwọn aṣọ, pílásítíkì, igi, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ). Ní ​​àfikún, wọ́n tún ń lò ó lórí àwọn ẹ̀rọ lithography. A kò lè fi lésà káàbọ̀n dúdú ránṣẹ́ nípasẹ̀ okùn opitika, ó sì ń rìn nípasẹ̀ àwọn ipa ọ̀nà opitika. Tongkuai tó kọ́kọ́ ṣe dáadáa, wọ́n sì lo ọ̀pọ̀lọpọ̀ ohun èlò gígé;

Lésà YAG (yttrium aluminiomu garnet): Àwọn kirisita YAG tí a fi neodymium (Nd) tàbí yttrium (Yb) irin ṣe ni a lò gẹ́gẹ́ bí ohun èlò gain laser, pẹ̀lú ìgbì ìtújáde tí ó jẹ́ 1.06um. Lésà YAG lè mú ìlù gíga jáde, ṣùgbọ́n agbára àpapọ̀ kéré, agbára òkè sì lè dé ìlọ́po 15 agbára àpapọ̀. Tí ó bá jẹ́ léṣà ìlù pulse ní pàtàkì, a kò lè ṣe àṣeyọrí ìṣẹ̀dá tí ń bá a lọ; Ṣùgbọ́n a lè gbé e kalẹ̀ nípasẹ̀ àwọn okùn optical, ní àkókò kan náà, ìwọ̀n ìfàmọ́ra àwọn ohun èlò irin pọ̀ sí i, ó sì ń bẹ̀rẹ̀ sí í lò ó nínú àwọn ohun èlò tí ń ṣe àfihàn gíga, tí a kọ́kọ́ lò nínú pápá 3C;

Lésà okùn: Ohun tí ó wà ní ọjà lọ́wọ́lọ́wọ́ yìí ń lo okùn ytterbium doped gẹ́gẹ́ bí ohun èlò jíjìn, pẹ̀lú ìwọ̀n ìgbì omi 1060nm. A tún pín in sí okùn àti lésà okùn tí a fi ṣe àwòkọ́ṣe rẹ̀; okùn optic dúró fún IPG, nígbà tí dísíkì dúró fún Tongkuai.

Lésà Semiconductor: Agbègbè gain jẹ́ ìsopọ̀ PN semiconductor, àti pé ìwọ̀n gígùn ti lésà semiconductor jẹ́ 976nm ní pàtàkì. Lọ́wọ́lọ́wọ́, àwọn lésà semiconductor tí ó sún mọ́ infrared ni a sábà máa ń lò fún ìbòrí, pẹ̀lú àwọn àmì ìmọ́lẹ̀ tí ó ju 600um lọ. Laserline jẹ́ ilé-iṣẹ́ aṣojú àwọn lésà semiconductor.

A pín in sí oríṣiríṣi agbára: Lésà Pulse (PULSE), Lésà onítẹ̀síwájú (QCW), Lésà onítẹ̀síwájú (CW)

Lésà Pulse: nanosecond, picosecond, femtosecond, lésà pulse frequency pulse yìí (ns, pulse width) lè ṣe àṣeyọrí agbára gíga, ìṣiṣẹ́ frequency frequency (MHZ), tí a ń lò fún ṣíṣe àwọn ohun èlò bàbà tín-tín àti aluminiomu tí ó yàtọ̀ síra, àti fífọ ọ́ mọ́ ní pàtàkì. Nípa lílo agbára gíga gíga, ó lè yọ́ ohun èlò ìpìlẹ̀ kíákíá, pẹ̀lú àkókò iṣẹ́ kékeré àti agbègbè kékeré tí ooru ti bàjẹ́. Ó ní àǹfààní nínú ṣíṣe àwọn ohun èlò tín-tín-tín (ní ìsàlẹ̀ 0.5mm);

Lésà onítẹ̀síwájú Quasi (QCW): Nítorí ìwọ̀n àtúnsọ gíga àti ìyípo iṣẹ́ kékeré (ní ìsàlẹ̀ 50%), ìwọ̀n ìlùLésà QCWÓ dé 50 us-50 ms, ó sì ń kún àlàfo láàárín kilowatt lesa continuous level lesa àti Q-switched pulse lesa; Agbára gíga ti quasi continuous fiber lesa le dé ìlọ́po mẹ́wàá agbára àpapọ̀ lábẹ́ iṣẹ́ mode continuous. Àwọn lesa QCW sábà máa ń ní àwọn mode méjì, ọ̀kan jẹ́ continuous welding ní agbára kékeré, èkejì sì ni pulsed lesa alurinmorin pẹ̀lú agbára gíga ti ìlọ́po mẹ́wàá agbára àpapọ̀, èyí tí ó lè ṣe àṣeyọrí àwọn ohun èlò tí ó nípọn àti ìsopọ̀ ooru púpọ̀ sí i, nígbàtí ó tún ń ṣàkóso ooru láàárín ìwọ̀n kékeré gan-an;

Lésà Tó Ń Tẹ̀síwájú (CW): Èyí ni a sábà máa ń lò jùlọ, ọ̀pọ̀lọpọ̀ àwọn léṣà tí a rí lórí ọjà ni léṣà CW tí wọ́n máa ń ṣe léṣà nígbà gbogbo fún ṣíṣe iṣẹ́ ìsopọ̀. A pín léṣà okùn sí léṣà oní-mode kan àti oní-mode oní-pupọ gẹ́gẹ́ bí àwọn ìwọ̀n mojuto àti àwọn ànímọ́ béàmù tó yàtọ̀ síra, a sì lè ṣe àtúnṣe sí àwọn ipò ìlò tó yàtọ̀ síra.