Laser-hali thabiti: kanuni ya uendeshaji, matumizi

2024 Mwandishi: Howard Calhoun | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-17 10:41

Makala haya yanaonyesha ni vyanzo gani vya miale ya monokromatiki na faida gani laser-state solid inazo kuliko aina zingine. Inaelezea jinsi kizazi cha mionzi madhubuti hutokea, kwa nini kifaa cha pulsed kina nguvu zaidi, kwa nini engraving inahitajika. Pia inajadili vipengele vitatu muhimu vya leza na jinsi inavyofanya kazi.

Nadharia ya eneo

Kabla ya kuzungumzia jinsi leza (kwa mfano, hali dhabiti) inavyofanya kazi, baadhi ya miundo halisi inapaswa kuzingatiwa. Kila mtu anakumbuka kutoka kwa masomo ya shule kwamba elektroni ziko karibu na kiini cha atomiki katika obiti fulani, au viwango vya nishati. Ikiwa hatuna atomi moja, lakini nyingi, yaani, tunazingatia mwili wowote wa ujazo, basi ugumu mmoja hutokea.

Kulingana na kanuni ya Pauli, katika mwili fulani wenye nishati sawa kunaweza kuwa na elektroni moja pekee. Kwa kuongezea, hata chembe ndogo zaidi ya mchanga ina idadi kubwa ya atomi. Katika kesi hiyo, asili imepata njia ya kifahari sana - nishati ya kila mmojaelektroni hutofautiana na nishati ya jirani kwa kiasi kidogo sana, karibu kisichoweza kutofautishwa. Katika kesi hii, elektroni zote za kiwango sawa "zinasisitizwa" kwenye bendi moja ya nishati. Eneo ambalo elektroni za mbali zaidi kutoka kwenye kiini ziko huitwa eneo la valence. Ukanda unaofuata una nishati ya juu. Ndani yake, elektroni hutembea kwa uhuru, na inaitwa bendi ya upitishaji.

Utoaji na unyonyaji

Leza yoyote (hali-imara, gesi, kemikali) hufanya kazi kwa kanuni za mpito wa elektroni kutoka eneo moja hadi jingine. Ikiwa mwanga huanguka kwenye mwili, basi photon inatoa elektroni nguvu za kutosha ili kuiweka katika hali ya juu ya nishati. Na kinyume chake: wakati elektroni inapita kutoka kwa bendi ya conduction hadi bendi ya valence, hutoa photon moja. Ikiwa dutu hii ni semiconductor au dielectri, bendi za valence na conduction zinatenganishwa na muda ambao hakuna ngazi moja. Ipasavyo, elektroni haziwezi kuwepo. Muda huu unaitwa pengo la bendi. Ikiwa fotoni ina nishati ya kutosha, basi elektroni huruka juu ya muda huu.

Kizazi

Kanuni ya utendakazi wa leza ya hali dhabiti inatokana na ukweli kwamba kinachojulikana kama kiwango cha kinyume huundwa katika pengo la bendi ya dutu. Uhai wa elektroni katika kiwango hiki ni mrefu zaidi kuliko wakati unaotumia katika bendi ya upitishaji. Kwa hivyo, katika kipindi fulani cha wakati, ni juu yake kwamba elektroni "hujilimbikiza". Hii inaitwa idadi ya watu kinyume. Wakati uliopita kiwango kama hicho chenye nuktaelektroni, photon ya urefu unaohitajika hupita, husababisha kizazi cha wakati huo huo wa idadi kubwa ya mawimbi ya mwanga ya urefu sawa na awamu. Hiyo ni, elektroni katika anguko zote wakati huo huo hupita kwenye hali ya ardhi, na kutoa boriti ya fotoni za monochromatic za nguvu ya juu ya kutosha. Ikumbukwe kwamba shida kuu ya watengenezaji wa laser ya kwanza ilikuwa utaftaji wa mchanganyiko kama huo wa vitu ambavyo idadi ya watu inverse ya moja ya viwango ingewezekana. Rubi iliyochanganywa ikawa nyenzo ya kwanza kufanya kazi.

Muundo wa Laser

Leza ya hali shwari haitofautiani na aina zingine kulingana na vijenzi vyake vikuu. Mwili wa kufanya kazi, ambapo idadi ya watu kinyume cha moja ya viwango inafanywa, inaangazwa na chanzo fulani cha mwanga. Inaitwa kusukuma maji. Mara nyingi hii inaweza kuwa taa ya kawaida ya incandescent au bomba la kutokwa kwa gesi. Ncha mbili sambamba za giligili ya kufanya kazi (laser imara-hali ina maana kioo, laser ya gesi ina maana ya kati isiyo nadra) huunda mfumo wa vioo, au resonator ya macho. Inakusanya ndani ya boriti zile tu fotoni zinazoenda sambamba na kituo. Laser za hali-imara kwa kawaida husukumwa kwa taa zinazomulika.

Aina za leza za hali imara

Kulingana na jinsi boriti ya leza hutoka, leza zinazoendelea na zinazopigika hutofautishwa. Kila mmoja wao hupata maombi na ana sifa zake. Tofauti kuu ni kwamba lasers za hali ya pulsed zina nguvu ya juu. Kwa sababu kwa kila risasifotoni zinaonekana "kujilimbikiza", basi mpigo mmoja unaweza kutoa nishati zaidi kuliko kizazi kinachoendelea kwa muda sawa. Muda mfupi wa msukumo hudumu, kila "risasi" yenye nguvu zaidi. Kwa sasa, inawezekana kiteknolojia kujenga laser ya femtosecond. Moja ya msukumo wake huchukua takriban sekunde 10-15. Utegemezi huu unahusishwa na ukweli kwamba michakato ya idadi ya watu nyuma iliyoelezewa hapo juu hudumu kidogo sana. Kwa muda mrefu inachukua kusubiri kabla ya "risasi" ya laser, elektroni zaidi zina wakati wa kuondoka kwa kiwango cha inverse. Ipasavyo, mkusanyiko wa fotoni na nishati ya boriti ya kutoa hupunguzwa.

Mchoro wa laser

Miundo kwenye uso wa mambo ya chuma na kioo hupamba maisha ya kila siku ya mtu. Wanaweza kutumika kwa mitambo, kemikali au kwa laser. Njia ya mwisho ni ya kisasa zaidi. Faida zake juu ya njia zingine ni kama ifuatavyo. Kwa kuwa hakuna athari ya moja kwa moja kwenye uso wa kutibiwa, karibu haiwezekani kuharibu kitu katika mchakato wa kutumia muundo au uandishi. Boriti ya laser inachoma grooves ya kina kifupi sana: uso na engraving hiyo inabaki laini, ambayo ina maana kwamba jambo hilo haliharibiki na litaendelea muda mrefu. Katika kesi ya chuma, boriti ya laser inabadilisha muundo sana wa dutu, na uandishi hautafutwa kwa miaka mingi. Ikiwa kitu kinatumiwa kwa uangalifu, sio kuzamishwa kwa asidi na sio kuharibika, basi kwa vizazi kadhaa muundo juu yake hakika utahifadhiwa. Ni bora kuchagua laser imara-hali ya pulsed kwa kuchonga kwa sababu mbili: taratibu za hali imararahisi kuendesha, na ni bora zaidi kulingana na nguvu na bei.

Usakinishaji

Kuna mipangilio maalum ya kuchonga. Mbali na laser yenyewe, zinajumuisha miongozo ya mitambo ambayo laser inasonga, na vifaa vya kudhibiti (kompyuta). Mashine ya laser hutumiwa katika matawi mengi ya shughuli za binadamu. Hapo juu, tulizungumza juu ya kupamba vitu vya nyumbani. Vipandikizi vya kibinafsi, njiti, miwani, saa zitakaa katika familia kwa muda mrefu na zitakukumbusha nyakati za furaha.

Hata hivyo, si tu bidhaa za nyumbani, bali pia za viwandani zinahitaji mchongo wa leza. Viwanda vikubwa, kama vile magari, hutoa sehemu kwa idadi kubwa: mamia ya maelfu au mamilioni. Kila kipengele kama hicho kinapaswa kuwekwa alama - lini na ni nani aliyeiumba. Hakuna njia bora zaidi kuliko kuchora laser: nambari, wakati wa uzalishaji, maisha ya huduma yatabaki kwa muda mrefu hata kwenye sehemu zinazohamia, ambazo kuna hatari ya kuongezeka kwa abrasion. Mashine ya laser katika kesi hii inapaswa kutofautishwa na nguvu iliyoongezeka, pamoja na usalama. Baada ya yote, ikiwa engraving inabadilisha mali ya sehemu ya chuma hata kwa sehemu ya asilimia, inaweza kuguswa tofauti na mvuto wa nje. Kwa mfano, vunja mahali ambapo uandishi unatumika. Hata hivyo, kwa matumizi ya nyumbani, usakinishaji rahisi na wa bei nafuu unafaa.