የሌዘር ማመንጨት መርህ

የሌዘርን መርህ ማወቅ ለምን ያስፈልገናል?

በተለመደው ሴሚኮንዳክተር ሌዘር, ፋይበር, ዲስኮች እና መካከል ያለውን ልዩነት ማወቅYAG ሌዘርበምርጫው ሂደት የተሻለ ግንዛቤን ለማግኘት እና ብዙ ውይይት ለማድረግ ይረዳል።

ጽሑፉ በዋናነት በታዋቂ ሳይንስ ላይ ያተኩራል፡ ስለ ሌዘር ትውልድ መርህ አጭር መግቢያ፣ የሌዘር ዋና መዋቅር እና በርካታ የተለመዱ የሌዘር ዓይነቶች።

በመጀመሪያ, የሌዘር ማመንጨት መርህ

ሌዘር የሚመነጨው በብርሃን እና በቁስ አካል መካከል ባለው መስተጋብር ነው፣ ይህም የተቀሰቀሰ የጨረር ማጉላት በመባል ይታወቃል። የተቀሰቀሰ የጨረር ማጉላትን ለመረዳት የኢንስታይንን ፅንሰ-ሀሳቦች ድንገተኛ ልቀትን ፣የተቀሰቀሰ የመምጠጥ እና የጨረር ጨረር እንዲሁም አንዳንድ አስፈላጊ የንድፈ-ሀሳባዊ መሠረቶችን መረዳትን ይጠይቃል።

ቲዮሬቲካል መሠረት 1: Bohr ሞዴል

የቦህር ሞዴል በዋናነት የአተሞችን ውስጣዊ መዋቅር ያቀርባል, ይህም ሌዘር እንዴት እንደሚከሰት ለመረዳት ቀላል ያደርገዋል. አቶም ከኒውክሊየስ እና ከኒውክሊየስ ውጭ ባሉ ኤሌክትሮኖች የተዋቀረ ነው፣ እና የኤሌክትሮኖች ምህዋሮች የዘፈቀደ አይደሉም። ኤሌክትሮኖች የተወሰኑ ምህዋር ብቻ አላቸው, ከእነዚህም መካከል የውስጣዊው ምህዋር የመሬት ሁኔታ ተብሎ ይጠራል; ኤሌክትሮን በመሬት ውስጥ ከሆነ, ጉልበቱ ዝቅተኛው ነው. አንድ ኤሌክትሮን ከአንድ ምህዋር ውስጥ ቢዘል, የመጀመሪያው የተደሰተ ሁኔታ ይባላል, እና የመጀመሪያው የተደሰተበት ኃይል ከመሬት ሁኔታ የበለጠ ይሆናል; ሌላ ምህዋር ሁለተኛ የተደሰተ ሁኔታ ይባላል;

ሌዘር ሊከሰት የሚችልበት ምክንያት ኤሌክትሮኖች በዚህ ሞዴል ውስጥ በተለያየ ምህዋር ውስጥ ስለሚንቀሳቀሱ ነው. ኤሌክትሮኖች ኃይልን ከወሰዱ, ከመሬት ሁኔታ ወደ አስደሳች ሁኔታ መሮጥ ይችላሉ; ኤሌክትሮን ከአስደሳች ሁኔታ ወደ መሬት ሁኔታ ከተመለሰ, ብዙ ጊዜ በሌዘር መልክ የሚለቀቀውን ኃይል ይለቃል.

ቲዎሬቲካል መሰረት 2፡ የአንስታይን አነቃቂ የጨረር ቲዎሪ

እ.ኤ.አ. በ 1917 አንስታይን የጨረር እና የሌዘር ምርት ጽንሰ-ሀሳባዊ መሠረት የሆነውን የጨረር ጨረር ፅንሰ-ሀሳብ ሀሳብ አቅርቧል-የቁስ አካል መምጠጥ ወይም ልቀት በመሠረቱ በጨረር መስክ እና ቁስ አካልን በሚፈጥሩ ቅንጣቶች መካከል ያለው መስተጋብር እና ዋናው ውጤት ነው ። ማንነት በተለያዩ የኃይል ደረጃዎች መካከል ያለው የንጥሎች ሽግግር ነው። በብርሃን እና በቁስ አካል መካከል ባለው መስተጋብር ውስጥ ሶስት የተለያዩ ሂደቶች አሉ፡ ድንገተኛ ልቀት፣ የተነቃቃ ልቀት እና የተቀሰቀሰ መምጠጥ። ብዙ ቅንጣቶችን ለያዘው ስርዓት እነዚህ ሶስት ሂደቶች ሁል ጊዜ አብረው ይኖራሉ እና በቅርበት የተያያዙ ናቸው።

ድንገተኛ ልቀት;

በሥዕሉ ላይ እንደሚታየው ኤሌክትሮን በከፍተኛ የኃይል ደረጃ E2 ላይ በድንገት ወደ ዝቅተኛ የኃይል ደረጃ E1 ይሸጋገራል እና ፎቶን በ hv ኃይል ያመነጫል, እና hv=E2-E1; ይህ ድንገተኛ እና ያልተዛመደ የሽግግር ሂደት ድንገተኛ ሽግግር ተብሎ የሚጠራ ሲሆን በድንገተኛ ሽግግር የሚፈነጥቁት የብርሃን ሞገዶች ድንገተኛ ጨረር ይባላሉ.

የድንገተኛ ልቀት ባህሪያት፡ እያንዳንዱ ፎቶን ራሱን የቻለ፣ የተለያዩ አቅጣጫዎች እና ደረጃዎች ያሉት ሲሆን የተከሰተበት ጊዜ እንዲሁ በዘፈቀደ ነው። እሱ የማይጣጣም እና ምስቅልቅል ብርሃን ነው ፣ እሱም በሌዘር የሚፈለገው ብርሃን አይደለም። ስለዚህ የሌዘር ማመንጨት ሂደት ይህን የመሰለ የብርሃን ብርሃን መቀነስ ያስፈልገዋል. ይህ ደግሞ የተለያዩ ሌዘር የሞገድ ርዝመት የተሳሳተ ብርሃን ያለው ለምን እንደሆነ አንዱ ምክንያት ነው. በደንብ ከተቆጣጠሩት, በሌዘር ውስጥ ያለው ድንገተኛ ልቀት መጠን ችላ ሊባል ይችላል. እንደ 1060 nm ያለ ሌዘር የበለጠ ንጹህ, ሁሉም 1060 nm ነው, የዚህ ዓይነቱ ሌዘር በአንጻራዊነት የተረጋጋ የመጠጫ መጠን እና ኃይል አለው.

የሚያነቃቃ መምጠጥ;

ኤሌክትሮኖች በአነስተኛ የኢነርጂ ደረጃ (ዝቅተኛ ምህዋር)፣ ፎቶኖችን ከወሰዱ በኋላ ወደ ከፍተኛ የኢነርጂ ደረጃዎች (ከፍተኛ ምህዋር) ይሸጋገራሉ እና ይህ ሂደት የተነቃቃይ መምጠጥ ይባላል። የተቀሰቀሰው መምጠጥ ወሳኝ እና ቁልፍ ከሆኑ የፓምፕ ሂደቶች ውስጥ አንዱ ነው. የሌዘር ፓምፑ ምንጭ የፎቶን ሃይል በማግኘቱ በገቢው መካከለኛ ክፍል ውስጥ ቅንጣቶች እንዲሸጋገሩ እና የጨረር ጨረር በከፍተኛ የኃይል መጠን እንዲጠብቁ እና ሌዘርን እንዲለቁ ያደርጋል።

የሚያነቃቃ ጨረር;

በውጫዊ ኢነርጂ ብርሃን (hv=E2-E1) ሲፈነዳ በከፍተኛ የኃይል ደረጃ ላይ ያለው ኤሌክትሮን በውጫዊው ፎቶን ይደሰታል እና ወደ ዝቅተኛ የኃይል ደረጃ (ከፍተኛው ምህዋር ወደ ዝቅተኛ ምህዋር ይሮጣል)። በተመሳሳይ ጊዜ, ልክ እንደ ውጫዊው ፎቶን ተመሳሳይ የሆነ ፎቶን ያወጣል. ይህ ሂደት ኦርጅናሌ አነቃቂ ብርሃንን አይወስድም ፣ስለዚህ ሁለት ተመሳሳይ ፎቶኖች ይኖራሉ ፣ይህም ኤሌክትሮን ቀድሞ የተወጠውን ፎቶን ሲተፋ መረዳት ይቻላል ፣ይህ የማብራት ሂደት የተነቃቃ ጨረር ይባላል ፣ይህም የተቀሰቀሰ የመምጠጥ ሂደት ነው።

ጽንሰ-ሐሳቡ ግልጽ ከሆነ በኋላ, ከላይ ባለው ስእል ላይ እንደሚታየው ሌዘር መገንባት በጣም ቀላል ነው-በተለመደው የቁሳቁስ መረጋጋት ሁኔታ, እጅግ በጣም ብዙ ኤሌክትሮኖች በመሬት ውስጥ, ኤሌክትሮኖች በመሬት ውስጥ እና በሌዘር ላይ የተመሰረተ ነው. የተቀሰቀሰ ጨረር. ስለዚህ የሌዘር አወቃቀሩ በመጀመሪያ የተነቃቃይ መምጠጥ እንዲፈጠር፣ ኤሌክትሮኖችን ወደ ከፍተኛ የኢነርጂ ደረጃ በማምጣት፣ ከዚያም ከፍተኛ ቁጥር ያለው ከፍተኛ የኢነርጂ ደረጃ ኤሌክትሮኖች የተቀሰቀሰ ጨረራ እንዲፈጠር በማድረግ፣ ፎቶን በመልቀቃቸው አበረታች ነገር እንዲፈጠር ማድረግ ነው። ሌዘር ሊፈጠር ይችላል. በመቀጠል የሌዘር መዋቅርን እናስተዋውቃለን.

የሌዘር መዋቅር;

የሌዘር መዋቅር ቀደም ሲል ከተጠቀሱት የሌዘር ማመንጨት ሁኔታዎች ጋር አንድ በአንድ ያዛምዱ፡

የተከሰተበት ሁኔታ እና ተጓዳኝ መዋቅር;

1. እንደ ሌዘር የሚሠራ መካከለኛ መጠን የማጉላት ውጤት የሚያቀርብ የትርምስ ማእከላዊ አለ ፣ እና የነቁ ቅንጣቶች የተቀሰቀሰ ጨረር ለማመንጨት ተስማሚ የሆነ የኢነርጂ ደረጃ መዋቅር አላቸው (በዋነኛነት ኤሌክትሮኖችን ወደ ከፍተኛ የኃይል ምህዋሮች ማስገባት የሚችል እና ለተወሰነ ጊዜ መኖር ይችላል። , እና ከዚያም በተቀሰቀሰ ጨረር አማካኝነት በአንድ ትንፋሽ ውስጥ ፎቶኖች ይለቀቁ;

2. ኤሌክትሮኖችን ከዝቅተኛው ደረጃ ወደ ላይኛው ደረጃ የሚያስገባ የውጭ አነቃቂ ምንጭ (የፓምፕ ምንጭ) አለ፣ ይህም በሌዘር የላይኛው እና የታችኛው ክፍል መካከል የቅንጣት ቁጥር እንዲገለበጥ ያደርጋል (ማለትም፣ ከከፍተኛ ኃይል በላይ የሆኑ ቅንጣቶች ሲኖሩ)። ዝቅተኛ-ኢነርጂ ቅንጣቶች), ለምሳሌ በ YAG lasers ውስጥ ያለው የ xenon መብራት;

3. የሌዘር ማወዛወዝን ማሳካት የሚችል ፣ የሌዘር ሥራውን ርዝመት ለመጨመር ፣ የብርሃን ሞገድ ሁኔታን ያያሉ ፣ የጨረራውን ስርጭት አቅጣጫ ይቆጣጠሩ ፣ monochromaticityን ለማሻሻል የተቀሰቀሰውን የጨረር ድግግሞሽን በመረጡት ያጎላል (ይህን ማረጋገጥ) ሌዘር በተወሰነ ኃይል ይወጣል).

ተጓዳኝ መዋቅሩ ከላይ ባለው ስእል ላይ ይታያል, እሱም ቀላል የ YAG ሌዘር መዋቅር ነው. ሌሎች መዋቅሮች የበለጠ ውስብስብ ሊሆኑ ይችላሉ, ነገር ግን ዋናው ይህ ነው. የሌዘር የማመንጨት ሂደት በሥዕሉ ላይ ይታያል-

ሌዘር ምደባ፡- በአጠቃላይ በጌት መካከለኛ ወይም በሌዘር ኢነርጂ ቅጽ ይመደባል

መካከለኛ ምደባ ያግኙ;

ካርቦን ዳይኦክሳይድ ሌዘርየካርቦን ዳይኦክሳይድ ሌዘር ትርፍ መካከለኛ ሂሊየም እና ነው።CO2 ሌዘር,ከመጀመሪያዎቹ የሌዘር ምርቶች ውስጥ አንዱ የሆነው 10.6um በሌዘር የሞገድ ርዝመት። ቀደምት ሌዘር ብየዳ በዋናነት በካርቦን ዳይኦክሳይድ ሌዘር ላይ የተመሰረተ ሲሆን ይህም በአሁኑ ጊዜ በዋናነት ብረት ላልሆኑ ቁሶች (ጨርቃ ጨርቅ፣ ፕላስቲክ፣ እንጨት፣ ወዘተ) ለመገጣጠም እና ለመቁረጥ ያገለግላል። በተጨማሪም, በሊቶግራፊ ማሽኖች ላይም ጥቅም ላይ ይውላል. የካርቦን ዳይኦክሳይድ ሌዘር በኦፕቲካል ፋይበር ሊተላለፍ አይችልም እና በቦታ ኦፕቲካል ዱካዎች ውስጥ ይጓዛል።

YAG (አይትሪየም አልሙኒየም ጋርኔት) ሌዘር፡- YAG ክሪስታሎች በኒዮዲሚየም (ኤንዲ) ወይም yttrium (Yb) የብረት አየኖች የተሠሩ እንደ ሌዘር ጥቅም መካከለኛ፣ የልቀት የሞገድ ርዝመት 1.06um ነው። የ YAG ሌዘር ከፍ ያለ የልብ ምት ሊያወጣ ይችላል, ነገር ግን አማካኝ ኃይል ዝቅተኛ ነው, እና ከፍተኛው ኃይል ከአማካይ 15 እጥፍ ይደርሳል. በዋናነት የ pulse laser ከሆነ, ቀጣይነት ያለው ውፅዓት ሊሳካ አይችልም; ነገር ግን በኦፕቲካል ፋይበር በኩል ሊተላለፍ ይችላል, እና በተመሳሳይ ጊዜ, የብረታ ብረት ቁሳቁሶች የመሳብ ፍጥነት ይጨምራል, እና በከፍተኛ አንጸባራቂ ቁሳቁሶች ውስጥ መተግበር ይጀምራል, በመጀመሪያ በ 3C መስክ ላይ ይተገበራል;

ፋይበር ሌዘር፡- በገበያ ላይ ያለው የአሁን ዋና ጅረት አይተርቢየም ዶፔድ ፋይበርን እንደ ትርፍ መካከለኛ ይጠቀማል፣ የሞገድ ርዝመት 1060nm ነው። በመካከለኛው ቅርፅ ላይ በመመርኮዝ ወደ ፋይበር እና ዲስክ ሌዘር ተከፋፍሏል; ፋይበር ኦፕቲክ አይፒጂን ይወክላል፣ ዲስክ ግን Tongkuaiን ይወክላል።

ሴሚኮንዳክተር ሌዘር፡ ትርፍ መካከለኛ ሴሚኮንዳክተር ፒኤን መጋጠሚያ ሲሆን የሴሚኮንዳክተር ሌዘር የሞገድ ርዝመት በዋናነት 976nm ነው። በአሁኑ ጊዜ ሴሚኮንዳክተር አቅራቢያ-ኢንፍራሬድ ሌዘር በዋነኛነት ለሽፋን ጥቅም ላይ ይውላል, የብርሃን ነጠብጣቦች ከ 600um በላይ ናቸው. ሌዘርላይን የሴሚኮንዳክተር ሌዘር ተወካይ ድርጅት ነው.

በሃይል እርምጃ መልክ የተመደበው፡- Pulse laser (PULSE)፣ quasi continuous laser (QCW)፣ ቀጣይነት ያለው ሌዘር (CW)

Pulse laser: nanosecond, picosecond, femtosecond, ይህ ከፍተኛ-ድግግሞሽ የልብ ምት ሌዘር (ns, pulse width) ብዙውን ጊዜ ከፍተኛ ኃይልን, ከፍተኛ ድግግሞሽ (MHZ) ማቀነባበሪያ, ቀጭን መዳብ እና አልሙኒየም የማይመሳሰሉ ቁሳቁሶችን ለማምረት ያገለግላል, እንዲሁም አብዛኛውን ጊዜ ማጽዳት ይችላል. . ከፍተኛ ከፍተኛ ኃይልን በመጠቀም የመሠረቱን ቁሳቁስ በፍጥነት ማቅለጥ ይችላል, በአነስተኛ የእርምጃ ጊዜ እና በትንሽ የሙቀት መጠን የተጎዳ ዞን. እጅግ በጣም ቀጭን የሆኑ ቁሳቁሶችን (ከ 0.5 ሚሜ በታች) በማቀነባበር ረገድ ጥቅሞች አሉት;

Quasi ቀጣይነት ያለው ሌዘር (QCW)፡ በከፍተኛ ድግግሞሽ መጠን እና በዝቅተኛ የስራ ዑደት (ከ50 በመቶ በታች) ምክንያት የልብ ምት ስፋትQCW ሌዘር50 us-50 ms ይደርሳል, በኪሎዋት ደረጃ ቀጣይነት ያለው ፋይበር ሌዘር እና Q-switched pulse laser መካከል ያለውን ክፍተት መሙላት; የኳሲ ቀጣይነት ያለው ፋይበር ሌዘር ከፍተኛው ኃይል በተከታታይ ሞድ አሠራር ውስጥ ካለው አማካይ ኃይል 10 እጥፍ ሊደርስ ይችላል። የ QCW ሌዘር በአጠቃላይ ሁለት ሁነታዎች አሏቸው ፣ አንደኛው ቀጣይነት ያለው ብየዳ በዝቅተኛ ኃይል ነው ፣ እና ሌላኛው በጨረር ብየዳ በአማካኝ 10 እጥፍ ከፍተኛ ኃይል ያለው ፣ ይህም ወፍራም ቁሳቁሶችን እና የበለጠ የሙቀት ብየዳውን ማግኘት ይችላል ፣ እንዲሁም የሙቀት መጠኑን ይቆጣጠራል። በጣም ትንሽ ክልል;

ቀጣይነት ያለው ሌዘር (CW)፡ ይህ በብዛት ጥቅም ላይ የሚውለው ሲሆን በገበያ ላይ ከሚታዩት ጨረሮች ውስጥ አብዛኛዎቹ CW lasers ናቸው። ፋይበር ሌዘር በተለያዩ የኮር ዲያሜትሮች እና የጨረር ጥራቶች መሰረት ወደ ነጠላ ሞድ እና ባለብዙ ሞድ ሌዘር የተከፋፈሉ እና ከተለያዩ የመተግበሪያ ሁኔታዎች ጋር ሊጣጣሙ ይችላሉ።