Fitsipiky ny famokarana laser

Nahoana isika no mila mahafantatra ny fitsipiky ny laser?

Fahafantarana ny fahasamihafana misy eo amin'ny laser semiconductor mahazatra, fibre, kapila aryLaser YAGdia afaka manampy amin'ny fahazoana fahatakarana tsara kokoa sy handraisana anjara amin'ny fifanakalozan-kevitra bebe kokoa mandritra ny dingana fifantenana.

Mifantoka indrindra amin'ny siansa malaza ity lahatsoratra ity: fampidirana fohy momba ny fitsipiky ny famokarana laser, ny rafitra fototry ny laser, ary karazana laser mahazatra maromaro.

Voalohany, ny fitsipiky ny famokarana laser

Ny laser dia vokarina amin'ny alalan'ny fifandraisan'ny hazavana sy ny zavatra, fantatra amin'ny anarana hoe fanamafisana ny taratra voatsindry; Ny fahatakarana ny fanamafisana ny taratra voatsindry dia mitaky ny fahatakarana ny hevitr'i Einstein momba ny famoahana tampoka, ny fidiran'ny taratra voatsindry, ary ny taratra voatsindry, ary koa ny fototra teorika sasany ilaina.

Fototra Teorika 1: Modely Bohr

Ny modely Bohr dia manome indrindra ny rafitra anatiny amin'ny atôma, ka mahatonga azy io ho mora takarina ny fomba isehoan'ny laser. Ny atôma dia voaforon'ny vihy sy elektrôna ivelan'ny vihy, ary tsy kisendrasendra ny orbitan'ny elektrôna. Ny elektrôna dia manana orbita sasany ihany, ka ny orbita anatiny indrindra dia antsoina hoe toetry ny tany; Raha ao amin'ny toetry ny tany ny elektrôna, dia ny ambany indrindra ny angovony. Raha mitsambikina avy amin'ny orbita ny elektrôna, dia antsoina hoe toetry ny fientanentanana voalohany izy, ary ny angovon'ny toetry ny fientanentanana voalohany dia ho ambony noho ny an'ny toetry ny tany; Ny orbita hafa dia antsoina hoe toetry ny fientanentanana faharoa;

Ny antony mety hisian'ny laser dia satria mihetsika amin'ny fihodinana samihafa ny elektrôna amin'ity modely ity. Raha mandray angovo ny elektrôna, dia afaka mihazakazaka avy amin'ny toetry ny tany mankany amin'ny toetry ny fientanentanana izy ireo; Raha miverina avy amin'ny toetry ny fientanentanana mankany amin'ny toetry ny tany ny elektrôna, dia hamoaka angovo izy, izay matetika avoaka amin'ny endrika laser.

Fototra Teorika 2: Teôrian'ny Taratra Voatosika an'i Einstein

Tamin'ny 1917, nanolotra ny teoria momba ny taratra voatsindry i Einstein, izay fototra ara-teoria ho an'ny laser sy ny famokarana laser: ny fidiran'ny zavatra na ny famoahana azy dia vokatry ny fifandraisana misy eo amin'ny sehatry ny taratra sy ny poti-javatra mandrafitra ny zavatra, ary ny fotony dia ny fifindran'ny poti-javatra eo amin'ny ambaratongan'ny angovo samihafa. Misy dingana telo samihafa amin'ny fifandraisana misy eo amin'ny hazavana sy ny zavatra: ny famoahana tampoka, ny famoahana voatsindry, ary ny fidiran'ny zavatra voatsindry. Ho an'ny rafitra misy poti-javatra maro, ireo dingana telo ireo dia miara-miaina foana ary mifandray akaiky.

Famoahana tampoka:

Araka ny aseho amin'ny sary: ​​elektrôna iray amin'ny ambaratonga angovo avo E2 dia mifindra ho azy mankany amin'ny ambaratonga angovo ambany E1 ary mamoaka fotona manana angovo hv, ary hv=E2-E1; Io dingana tetezamita ho azy sy tsy misy ifandraisany io dia antsoina hoe tetezamita ho azy, ary ny onjam-pahazavana avoakan'ny tetezamita ho azy dia antsoina hoe taratra ho azy.

Ny toetran'ny famoahana tampoka: Ny fotona tsirairay dia mahaleo tena, miaraka amin'ny lalana sy dingana samihafa, ary ny fotoana fisehoany dia kisendrasendra ihany koa. Anisan'ny hazavana tsy mifanaraka sy mikorontana izy io, izay tsy hazavana ilain'ny laser. Noho izany, ny fizotran'ny famokarana laser dia mila mampihena ity karazana hazavana miparitaka ity. Izany koa no iray amin'ireo antony mahatonga ny halavan'ny onjam-peo amin'ny laser samihafa ho lasa hazavana miparitaka. Raha voafehy tsara, dia azo tsinontsinoavina ny ampahany amin'ny famoahana tampoka ao amin'ny laser. Arakaraka ny madio kokoa ny laser, toy ny 1060 nm, dia 1060 nm avokoa izany. Ity karazana laser ity dia manana tahan'ny fidiran'ny hazavana sy ny heriny marin-toerana.

Fidiran'ny zavatra voatosika:

Ireo elektrôna amin'ny ambaratonga angovo ambany (orbitraly ambany), rehefa avy mandray photons, dia mifindra mankany amin'ny ambaratonga angovo ambony kokoa (orbitraly avo), ary io dingana io dia antsoina hoe absorption stimulated. Zava-dehibe ny absorption stimulated ary iray amin'ireo dingana lehibe amin'ny pumping. Ny loharanon'ny paompy amin'ny laser dia manome angovo photon mba hampiova ny poti-javatra ao amin'ny medium gain ary hiandry ny taratra stimulated amin'ny ambaratonga angovo ambony kokoa, ka hamoaka ny laser.

Taratra voatosika:

Rehefa tratran'ny hazavana avy any ivelany (hv=E2-E1) ny elektrôna amin'ny ambaratonga angovo avo dia avo, ary ny fotona ivelany no mientanentana (excited) ka mitsambikina mankany amin'ny ambaratonga angovo ambany (ny orbitra avo dia mizotra mankany amin'ny orbitra ambany). Mandritra izany fotoana izany, mamoaka fotona mitovy tanteraka amin'ny fotona ivelany izy. Tsy mandray ny hazavana fientanentanana tany am-boalohany ity dingana ity, ka hisy fotona roa mitovy, izay azo takarina rehefa mamoaka ny fotona voaray teo aloha ny elektrôna. Ity dingana luminescence ity dia antsoina hoe taratra voaentanentana, izay dingana mifamadika amin'ny absorption voaentanentana.

Rehefa mazava tsara ny teoria dia tena tsotra ny fanamboarana laser, araka ny aseho amin'ny sary etsy ambony: amin'ny toe-javatra mahazatra amin'ny fahamarinan-toerana ara-nofo, ny ankamaroan'ny elektrôna dia ao amin'ny toetry ny tany, ny elektrôna dia ao amin'ny toetry ny tany, ary ny laser dia miankina amin'ny taratra voatsindry. Noho izany, ny rafitry ny laser dia ny mamela ny fidiran'ny taratra voatsindry hitranga aloha, mitondra ny elektrôna amin'ny ambaratonga angovo avo, ary avy eo dia manome fientanentanana mba hahatonga ny elektrôna ambaratonga angovo avo maro handalo taratra voatsindry, ka mamoaka photons. Avy amin'izany no ahafahana mamokatra laser. Manaraka izany, dia hampidirinay ny rafitry ny laser.

Rafitra laser:

Ampifanaraho tsirairay ny rafitry ny laser amin'ireo fepetra famokarana laser voalaza tetsy aloha:

Toe-javatra nisehoan'ny tranga sy ny rafitra mifandraika amin'izany:

1. Misy fitaovana fampitomboana izay manome vokatra fanamafisana amin'ny maha-fitaovana fiasan'ny laser azy, ary ny poti-javatra miasa ao aminy dia manana rafitra angovo mety amin'ny famokarana taratra voatsindry (afaka manondraka elektrôna mankany amin'ny orbitra angovo avo lenta ary misy mandritra ny fe-potoana voafaritra, ary avy eo mamoaka fotona amin'ny fofonaina iray amin'ny alàlan'ny taratra voatsindry);

2. Misy loharano fientanentanana ivelany (loharanon'ny paompy) izay afaka manosika elektrôna avy amin'ny ambaratonga ambany mankany amin'ny ambaratonga ambony, ka miteraka fivadihan'ny isan'ny poti-javatra eo amin'ny ambaratonga ambony sy ambany amin'ny laser (izany hoe, rehefa misy poti-javatra manana angovo betsaka kokoa noho ny poti-javatra manana angovo ambany), toy ny jiro xenon ao amin'ny laser YAG;

3. Misy lavaka maneno izay afaka mahatratra ny fihovitrovitra laser, mampitombo ny halavan'ny fiasan'ny fitaovana miasa laser, manara-maso ny fomba fiasan'ny onjam-pahazavana, mifehy ny lalana fiparitahan'ny taratra, ary manamafy ny fatran'ny taratra voatsindry mba hanatsarana ny monochromaticity (miantoka fa ny laser dia avoaka amin'ny angovo iray).

Aseho amin'ny sary etsy ambony ny rafitra mifandraika amin'izany, izay rafitra tsotra amin'ny laser YAG. Mety ho sarotra kokoa ny rafitra hafa, fa ity ny fotony. Aseho amin'ny sary ny dingana famokarana laser:

Fanasokajiana laser: amin'ny ankapobeny dia sokajiana araka ny antonony na ny endriky ny angovon'ny laser

Fanasokajiana antonony amin'ny Gain:

Lasera karbonika dioksidaNy fitaovana ahazoana ny laser karbonika dioksida dia hélium aryLaser CO2,miaraka amin'ny halavan'ny onjam-peo laser 10.6um, izay iray amin'ireo vokatra laser voalohany natomboka. Ny fanendasana laser voalohany dia mifototra indrindra amin'ny laser gazy karbonika, izay ampiasaina indrindra amin'ny fanendasana sy fanapahana fitaovana tsy metaly (lamba, plastika, hazo, sns.) amin'izao fotoana izao. Ankoatra izany, ampiasaina amin'ny milina litografia ihany koa izy io. Ny laser gazy karbonika dia tsy azo ampitaina amin'ny alàlan'ny fibre optika ary mandeha amin'ny alàlan'ny lalan'ny optika ara-habakabaka. Ny Tongkuai voalohany dia vita tsara, ary fitaovana fanapahana maro no nampiasaina;

Laser YAG (yttrium aluminium garnet): Kristaly YAG nasiana ion metaly neodymium (Nd) na yttrium (Yb) no ampiasaina ho toy ny fitaovana hahazoana laser, miaraka amin'ny halavan'ny onjam-pamoahana 1.06um. Afaka mamoaka pulse ambony kokoa ny laser YAG, saingy ambany ny heriny antonony, ary mety hahatratra in-15 heny noho ny heriny antonony ny heriny ambony indrindra. Raha laser pulse no tena ampiasaina, dia tsy azo tratrarina ny vokatra mitohy; Saingy azo ampitaina amin'ny alàlan'ny fibre optika izany, ary miaraka amin'izay koa, mitombo ny tahan'ny fidiran'ny fitaovana metaly, ary manomboka ampiharina amin'ny fitaovana taratra avo lenta, izay ampiharina voalohany amin'ny sehatry ny 3C;

Laser fibre: Ny ankamaroan'ny tsena amin'izao fotoana izao dia mampiasa fibre ytterbium doped ho toy ny fitaovana fanamafisana, miaraka amin'ny halavan'ny onjam-peo 1060nm. Mizara ho laser fibre sy kapila ihany koa izy io arakaraka ny endriky ny fitaovana; Ny fibre optique dia maneho ny IPG, raha ny kapila kosa dia maneho ny Tongkuai.

Laser semiconductor: Ny fitaovana ahazoana tombony dia semiconductor PN junction, ary ny halavan'ny onjam-peo amin'ny laser semiconductor dia 976nm amin'ny ankapobeny. Amin'izao fotoana izao, ny laser semiconductor near-infrared dia ampiasaina indrindra amin'ny fanamboarana takelaka, miaraka amin'ny teboka hazavana mihoatra ny 600um. Ny Laserline dia orinasa solontenan'ny laser semiconductor.

Voasokajy araka ny endriky ny fiasan'ny angovo: Laser pulse (PULSE), laser quasi continuous (QCW), laser continuous (CW)

Laser pulse: nanosecond, picosecond, femtosecond, ity laser pulse avo lenta ity (ns, sakany pulse) dia matetika afaka mahatratra angovo avo lenta, fanodinana avo lenta (MHZ), ampiasaina amin'ny fanodinana fitaovana varahina sy aliminioma manify tsy mitovy, ary koa amin'ny fanadiovana. Amin'ny fampiasana angovo avo lenta, dia afaka mandrendrika haingana ny fitaovana fototra izy, miaraka amin'ny fotoana fiasana fohy sy faritra kely voakasiky ny hafanana. Manana tombony amin'ny fanodinana fitaovana manify dia manify (latsaky ny 0.5mm);

Laser mitohy (QCW): Noho ny tahan'ny famerimberenana avo lenta sy ny tsingerin'ny asa ambany (latsaky ny 50%), ny sakanyn'ny pulsa an'nyLaser QCWmahatratra 50 us-50 ms, mameno ny elanelana misy eo amin'ny laser fibre mitohy kilowatt sy ny laser pulse Q-switched; Ny herin'ny laser fibre mitohy quasi dia afaka mahatratra in-10 ny herin'ny antonony eo ambanin'ny fomba fiasa mitohy. Ny laser QCW amin'ny ankapobeny dia manana fomba roa, ny iray dia ny welding mitohy amin'ny hery ambany, ary ny iray kosa dia ny welding laser pulsed miaraka amin'ny herin'ny tampony in-10 ny herin'ny antonony, izay afaka mahazo fitaovana matevina kokoa sy welding hafanana bebe kokoa, sady mifehy ny hafanana ao anatin'ny elanelana kely dia kely;

Laser mitohy (CW): Ity no ampiasaina matetika indrindra, ary ny ankamaroan'ny laser hita eny an-tsena dia laser CW izay mamoaka laser tsy tapaka ho an'ny fanodinana welding. Mizara ho laser fomba tokana sy fomba maro ny laser fibre araka ny savaivony fototra sy ny kalitaon'ny taratra samihafa, ary azo ampifanarahana amin'ny toe-javatra fampiharana samihafa.