Laser padat: prinsip-prinsip operasi, aplikasi

Artikel ini menunjukkan apa sumber radiasi monokromatik dan apa keuntungan dari laser solid-state lebih dari jenis lain. Di sini kita menceritakan bagaimana ada generasi radiasi koheren, mengapa perangkat pulsa lebih kuat, apa yang dibutuhkan ukiran. Ada juga dianggap tiga elemen laser yang diperlukan dan bagaimana cara kerjanya.

teori Band

Sebelum kita berbicara tentang bagaimana mengoperasikan laser (solid state, misalnya), Anda harus mempertimbangkan beberapa model fisik. Dari pelajaran sekolah orang ingat bahwa elektron di sekitar inti disusun dalam orbit tertentu atau tingkat energi. Jika kita miliki tidak satu atom, dan banyak, yaitu, kita mempertimbangkan tubuh tiga dimensi, ada satu masalah.

Menurut prinsip Pauli, di dalam tubuh ini dengan satu dan energi yang sama dapat hanya satu elektron. Pun demikian butir terkecil mengandung sejumlah besar atom. Alam telah menemukan dalam hal ini keluar sangat anggun - energi dari setiap energi elektron yang berbeda dari berdekatan dengan, jumlah yang hampir tak terlihat sangat kecil. Dalam hal ini semua elektron dari satu tingkat dari "ditekan" menjadi band energi tunggal. Daerah di mana terletak paling jauh dari elektron inti, disebut valensi. Ikuti daerah nya memiliki energi yang lebih tinggi. Ini elektron bergerak bebas, dan ini disebut pita konduksi.

Emisi dan penyerapan

Setiap Laser (solid-state, gas, kimia) bekerja pada prinsip-prinsip transisi elektron dari satu zona ke yang lain. Jika tubuh Anda terkena cahaya, foton ke elektron memberikan daya yang cukup untuk dia dalam keadaan energi yang lebih tinggi. Sebaliknya, ketika sebuah elektron ditransfer dari pita konduksi ke valensi, memancarkan foton. Jika bahan adalah semikonduktor atau isolator, valensi dan pita konduksi dipisahkan oleh interval di mana ada tingkat. Dengan demikian, elektron tidak bisa berada di sana. interval ini disebut celah pita. Jika foton memiliki energi yang cukup, elektron melompat mengatasi interval ini.

generasi

Prinsip operasi laser solid-state didasarkan pada kenyataan bahwa zat di zona terlarang dibuat yang disebut lapisan terbalik. seumur hidup elektron pada tingkat ini lebih tinggi dari selama tinggal di pita konduksi. Dengan demikian, dalam jangka waktu tertentu di atasnya "menumpuk" elektron. Ini disebut inversi populasi. Ketika tingkat ini oleh elektron putus-putus, foton melewati panjang gelombang yang diinginkan, hal itu menyebabkan generasi simultan dari sejumlah besar panjang identik dan fase gelombang cahaya. Artinya, elektron longsoran sekaligus ke keadaan dasar, menghasilkan sinar foton monokromatik listrik cukup tinggi. Perlu dicatat bahwa masalah utama pembangunan laser pertama adalah untuk menemukan kombinasi seperti zat yang akan mungkin inversi populasi salah satu tingkat. The kerja pertama paduan menengah baja ruby.

Komposisi laser

Solid-state laser pada komponen utama berbeda dari spesies lain. Fluida kerja, di mana inversi populasi salah satu tingkat, diterangi oleh sumber cahaya. Hal ini disebut pemompaan. sering dapat menjadi lampu pijar normal atau tabung gas discharge. Dua paralel akhir memperpanjang dari fluida kerja (solid-state laser kristal mengasumsikan, gas - suasana vakum) membentuk sistem cermin, atau resonator optik. Ini mengumpulkan dalam berkas hanya mereka foton yang sejajar dengan outlet. Dipompa solid-state laser biasanya terjadi melalui lampu flash.

Jenis laser solid-state

Tergantung pada mode output sinar laser membedakan laser terus menerus dan berdenyut. Masing-masing digunakan dan memiliki ciri khas tersendiri. Perbedaan utama - berdenyut laser solid-state memiliki kapasitas yang lebih tinggi. Karena untuk setiap foton menembak seperti "menumpuk", maka salah satu pulsa mampu memberikan energi lebih tinggi dari osilasi terus menerus untuk periode waktu yang sama. Semakin kecil denyut nadi berlangsung, semakin kuat setiap "ditembak". Pada saat ini, itu adalah teknologi mungkin untuk membangun sebuah femtosecond laser. Salah satu pulsa berlangsung sekitar 10 ^-15 detik. Ketergantungan tersebut berkaitan dengan fakta bahwa populasi dari proses terbalik seperti dijelaskan di atas berlangsung sangat sangat kecil. Semakin lama kebutuhan untuk menunggu sebelum Anda "menembak" laser, semakin banyak elektron memiliki waktu untuk meninggalkan tingkat terbalik. Dengan demikian, mengurangi konsentrasi dan foton energi sinar output.

laser engraving

Pola pada permukaan logam dan kaca item dihiasi dengan kehidupan sehari-hari seseorang. Mereka dapat diterapkan secara mekanis, kimia atau dengan laser. Metode terakhir adalah yang paling modern. Its keunggulan dibandingkan metode lain sebagai berikut. Sejak dampak langsung pada permukaan kerja tidak ada, hampir tidak mungkin untuk merusak hal dalam proses menerapkan pola atau prasasti. Sinar laser luka bakar sangat dangkal alur: permukaan terukir dengan sisa-sisa halus dan, oleh karena itu, hal tersebut tidak rusak dan akan bertahan lebih lama. Dalam kasus sinar laser logam perubahan yang sangat struktur materi, dan kata-kata tidak akan memudar selama bertahun-tahun. Jika hal yang digunakan dengan hati-hati, jangan merendamnya dalam asam atau merusak, maka beberapa generasi dari pola di atasnya akurat diawetkan. Ukiran laser yang terbaik adalah untuk memilih solid-state beralih karena dua alasan: proses dalam padatan lebih mudah untuk mengelola, dan itu adalah optimal untuk rasio output dan harga.

instalasi

Ukiran, ada instalasi khusus. Selain laser yang langsung, mereka terdiri dari panduan mekanik, di mana laser yang bergerak, dan peralatan pemantauan (komputer). Mesin laser digunakan di banyak sektor kegiatan manusia. Di atas kita berbicara tentang dekorasi barang sehari-hari. Terdaftar sendok garpu, korek api, gelas, jam tangan untuk waktu yang lama akan tetap dalam keluarga dan akan teringat saat-saat bahagia.

Namun, tidak hanya barang-barang domestik tetapi juga industri membutuhkan ukiran laser. tanaman besar, seperti otomotif, merilis rincian jumlah besar: ratusan ribu atau jutaan. Setiap item harus ditandai - kapan dan siapa yang menciptakannya. jauh lebih baik daripada laser engraving, untuk menemukan non, waktu rilis, kehidupan pelayanan akan lama bahkan untuk bagian yang bergerak, yang meningkatkan risiko abrasi. laser mesin, dalam hal ini harus ditandai dengan kapasitas tinggi dan keselamatan. Setelah semua, jika ukiran setidaknya sebagian kecil dari perubahan persen properti dari bagian logam, dapat bereaksi secara berbeda terhadap rangsangan eksternal. Misalnya, istirahat di titik penerapan prasasti. Namun, cocok untuk keperluan rumah tangga sederhana dan instalasi lebih murah.