Хатуу төлөвт лазер: үйл ажиллагааны зарчим, хэрэглээ

2024 Зохиолч: Howard Calhoun | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 10:35

Энэ нийтлэлд монохромат цацрагийн эх үүсвэр юу болох, хатуу төлөвт лазер нь бусад төрлийнхээс ямар давуу талтай болохыг харуулсан. Энэ нь когерент цацраг хэрхэн үүсдэг, импульсийн төхөөрөмж яагаад илүү хүчтэй байдаг, яагаад сийлбэр хийх шаардлагатайг хэлдэг. Мөн лазерын үндсэн гурван элемент болон хэрхэн ажилладаг талаар ярилцана.

Бүсийн онол

Лазер (жишээлбэл, хатуу төлөв) хэрхэн ажилладаг талаар ярихаасаа өмнө зарим физик загваруудыг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Электронууд атомын цөмийг тойрон тодорхой тойрог замд буюу энергийн түвшинд байрладаг гэдгийг бүгд сургуулийн хичээлээс санаж байдаг. Хэрэв бидний мэдэлд нэг атом биш, харин олон, өөрөөр хэлбэл ямар ч эзэлхүүнтэй биеийг авч үзвэл нэг бэрхшээл гарч ирнэ.

Паули зарчмын дагуу ижил энергитэй өгөгдсөн биед зөвхөн нэг электрон байж болно. Түүгээр ч барахгүй хамгийн жижиг элсэн ширхэг ч гэсэн асар олон тооны атом агуулдаг. Энэ тохиолдолд байгаль нь маш гоёмсог гарцыг олсон - тус бүрийн энергиэлектрон нь хөршийнхөө энергиээс маш бага, бараг ялгагдахааргүй хэмжээгээр ялгаатай. Энэ тохиолдолд ижил түвшний бүх электронууд нэг энергийн зурваст "шахагдана". Цөмөөс хамгийн алслагдсан электронууд байрлах бүсийг валентын бүс гэнэ. Түүнийг дагасан бүс нь илүү их энергитэй байдаг. Үүнд электронууд чөлөөтэй хөдөлдөг бөгөөд үүнийг дамжуулагч зурвас гэж нэрлэдэг.

Ягаралт ба шингээлт

Аливаа лазер (хатуу төлөв, хий, химийн) нэг бүсээс нөгөө бүс рүү электрон шилжих зарчмаар ажилладаг. Хэрэв гэрэл биед тусвал фотон нь электроныг илүү эрчим хүчний төлөвт оруулах хангалттай хүчийг өгдөг. Мөн эсрэгээр: электрон дамжуулалтын бүсээс валентын зурвас руу шилжихэд нэг фотон ялгаруулдаг. Хэрэв бодис нь хагас дамжуулагч эсвэл диэлектрик бол валент ба дамжуулалтын зурвасууд нь нэг түвшин байхгүй интервалаар тусгаарлагдана. Үүний дагуу электронууд тэнд байх боломжгүй. Энэ интервалыг зурвасын завсар гэж нэрлэдэг. Хэрэв фотон хангалттай энергитэй бол электронууд энэ завсар дээгүүр үсэрнэ.

Үе

Хатуу төлөвт лазерын ажиллах зарчим нь бодисын зурвасын завсарт урвуу түвшин гэж нэрлэгддэг зүйл дээр суурилдаг. Энэ түвшний электроны амьдрах хугацаа нь дамжуулалтын зурваст байх хугацаанаас урт байдаг. Тиймээс тодорхой хугацаанд электронууд "хуримтлагддаг". Үүнийг урвуу популяци гэж нэрлэдэг. Ийм түвшинг давсан үед тасархайэлектронууд, хүссэн долгионы урттай фотон дамждаг бөгөөд энэ нь ижил урт, фазын олон тооны гэрлийн долгионыг нэгэн зэрэг үүсгэхэд хүргэдэг. Өөрөөр хэлбэл, нурангид байгаа электронууд бүгд нэгэн зэрэг үндсэн төлөвт шилжиж, хангалттай өндөр чадлын монохромат фотонуудын туяа үүсгэдэг. Анхны лазерыг бүтээгчдийн гол асуудал бол аль нэг түвшний урвуу популяци хийх боломжтой бодисуудын хослолыг хайх явдал байсныг тэмдэглэх нь зүйтэй. Хайлштай бадмаараг нь анхны ажиллах бодис болсон.

Лазер найрлага

Хатуу төлөвт лазер нь үндсэн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийнхээ хувьд бусад төрлийнхээс ялгагдахгүй. Нэг түвшний урвуу популяци хийх ажлын хэсэг нь зарим гэрлийн эх үүсвэрээр гэрэлтдэг. Үүнийг шахах гэж нэрлэдэг. Ихэнхдээ энэ нь ердийн улайсдаг чийдэн эсвэл хий ялгаруулах хоолой байж болно. Ажлын шингэний хоёр зэрэгцээ төгсгөл (хатуу төлөвт лазер нь болор, хийн лазер нь ховордсон орчин гэсэн үг) нь толин тусгалын систем буюу оптик резонаторыг бүрдүүлдэг. Энэ нь зөвхөн гаралтын хэсэгт параллель явж буй фотонуудыг цацрагт цуглуулдаг. Хатуу төлөвт лазерыг ихэвчлэн флаш чийдэнгээр шахдаг.

Хатуу төлөвт лазерын төрөл

Лазер туяа гарах аргаас хамааран тасралтгүй болон импульс лазерыг ялгадаг. Тэд тус бүр нь хэрэглээгээ олж, өөрийн гэсэн шинж чанартай байдаг. Гол ялгаа нь импульсийн хатуу төлөвт лазерууд илүү их хүч чадалтай байдаг. Учир нь цохилт болгондФотонууд "хуримтлагдах" мэт санагддаг, тэгвэл нэг импульс нь ижил хугацаанд тасралтгүй үүсэхээс илүү их энерги өгөх чадвартай. Импульс богино байх тусам "буудсан" бүр илүү хүчтэй болно. Одоогоор фемтосекундын лазерыг бүтээх технологийн хувьд боломжтой. Түүний нэг импульс ойролцоогоор 10-15 секунд үргэлжилнэ. Энэ хамаарал нь дээр дурьдсан популяцийн нөөцийн үйл явц маш бага үргэлжилдэгтэй холбоотой юм. Лазер "найлзуурыг" хүлээхээс өмнө хүлээх тусам илүү их электрон урвуу түвшинг орхих цагтай байдаг. Үүний дагуу фотонуудын концентраци болон гаралтын цацрагийн энерги багасна.

Лазер сийлбэр

Төмөр болон шилэн эдлэлийн гадаргуу дээрх хээ нь хүний өдөр тутмын амьдралыг чимдэг. Тэдгээрийг механик, химийн болон лазераар хэрэглэж болно. Сүүлийн арга бол хамгийн орчин үеийн арга юм. Бусад аргуудаас давуу тал нь дараах байдалтай байна. Боловсруулах гадаргуу дээр шууд нөлөө үзүүлэхгүй тул хэв маяг, бичээсийг хэрэглэх явцад аливаа зүйлийг гэмтээх нь бараг боломжгүй юм. Лазер туяа нь маш гүехэн ховилыг шатаадаг: ийм сийлбэр бүхий гадаргуу нь гөлгөр хэвээр байгаа бөгөөд энэ нь эд зүйл гэмтээгүй бөгөөд удаан үргэлжлэх болно гэсэн үг юм. Металлын хувьд лазер туяа нь тухайн бодисын бүтцийг өөрчилдөг бөгөөд бичээс нь олон жилийн турш арилдаггүй. Хэрэв аливаа зүйлийг болгоомжтой хэрэглэж, хүчилд дүрээгүй, гажиггүй болговол хэдэн үеийн туршид түүний хэв маяг хадгалагдах нь гарцаагүй. Хатуу төлөвт үйл явц гэсэн хоёр шалтгааны улмаас сийлбэр хийхдээ хатуу төлөвт импульсийн лазерыг сонгох нь хамгийн сайн арга юм.жолоодоход илүү хялбар бөгөөд хүч чадал, үнийн хувьд оновчтой.

Суулгалт

Сийлбэр хийх тусгай тохиргоо байдаг. Лазераас гадна тэдгээр нь лазер хөдөлдөг механик хөтөч, хяналтын төхөөрөмж (компьютер) зэргээс бүрдэнэ. Лазер машиныг хүний үйл ажиллагааны олон салбарт ашигладаг. Дээр бид гэр ахуйн эд зүйлсийг чимэглэх талаар ярилцсан. Хувийн хутга, асаагуур, шил, цаг зэрэг нь гэр бүлд удаан хугацаагаар үлдэх бөгөөд аз жаргалтай мөчүүдийг танд сануулах болно.

Гэхдээ гэр ахуйн төдийгүй аж үйлдвэрийн бараанд лазер сийлбэр хийх шаардлагатай. Автомашин гэх мэт томоохон үйлдвэрүүд асар их хэмжээгээр эд анги үйлдвэрлэдэг: хэдэн зуун мянга, сая сая. Ийм элемент бүрийг хэзээ, хэн бүтээсэн болохыг тэмдэглэх хэрэгтэй. Лазер сийлбэрээс илүү сайн арга байхгүй: тоо, үйлдвэрлэлийн хугацаа, ашиглалтын хугацаа нь элэгдэлд өртөх эрсдэл өндөр байдаг хөдөлж буй хэсгүүдэд ч удаан хугацаагаар үлдэх болно. Энэ тохиолдолд лазер машин нь хүч чадал, түүнчлэн аюулгүй байдал зэргээр ялгагдана. Эцсийн эцэст, сийлбэр нь металл эд ангиудын шинж чанарыг бага ч гэсэн хувь хэмжээгээр өөрчилдөг бол энэ нь гадны нөлөөнд өөрөөр хариу үйлдэл үзүүлэх болно. Жишээлбэл, бичээсийг байрлуулсан газарт эвдэрч болно. Гэхдээ ахуйн хэрэглээнд илүү энгийн бөгөөд хямд суурилуулалт тохиромжтой.