የሌዘር ማመንጫ መርህ

የሌዘርን መርህ ማወቅ ለምን ያስፈልገናል?

በተለመዱት ሴሚኮንዳክተር ሌዘሮች፣ ፋይበርዎች፣ ዲስኮች እናየያግ ሌዘርበምርጫ ሂደቱ ወቅት የተሻለ ግንዛቤ ለማግኘት እና ተጨማሪ ውይይቶችን ለማድረግ ሊረዳ ይችላል።

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

በመጀመሪያ፣ የሌዘር ትውልድ መርህ

ሌዘር የሚመነጨው በብርሃንና ቁስ መካከል ባለው መስተጋብር ሲሆን ይህም የተነቃቃ የጨረር ማጉላት በመባል ይታወቃል፤ የተነቃቃ የጨረር ማጉላትን መረዳት የአንስታይንን ድንገተኛ ልቀት ፅንሰ-ሀሳቦች፣ የተነቃቃ የመምጠጥ እና የተነቃቃ የጨረር ፅንሰ-ሀሳቦች እንዲሁም አንዳንድ አስፈላጊ የቲዎሬቲካል መሠረቶችን መረዳትን ይጠይቃል።

ቲዎሬቲካል መሰረት 1፡ የቦህር ሞዴል

የቦህር ሞዴል በዋናነት የአቶሞችን ውስጣዊ መዋቅር ያቀርባል፣ ይህም ሌዘሮች እንዴት እንደሚከሰቱ ለመረዳት ቀላል ያደርገዋል። አንድ አቶም ከኒውክሊየስ እና ከኒውክሊየስ ውጭ ካሉ ኤሌክትሮኖች የተዋቀረ ሲሆን የኤሌክትሮኖች ምህዋሮች ደግሞ በዘፈቀደ አይደሉም። ኤሌክትሮኖች የተወሰኑ ምህዋሮች ብቻ አሏቸው፣ ከእነዚህም ውስጥ በጣም ምህዋሮች የመሬት ሁኔታ ይባላል፤ አንድ ኤሌክትሮን በመሬት ሁኔታ ውስጥ ከሆነ ጉልበቱ ዝቅተኛው ነው። አንድ ኤሌክትሮን ከመዞሪያው ቢዘል፣ የመጀመሪያው ምህዋሮች የተደሰቱበት ሁኔታ ይባላል፣ እና የመጀመሪያው ምህዋሮች ከመሬት ሁኔታ የበለጠ ይሆናሉ፤ ሌላ ምህዋሮች ሁለተኛው ምህዋሮች ይባላል፤

ሌዘር ሊከሰት የሚችልበት ምክንያት ኤሌክትሮኖች በዚህ ሞዴል ውስጥ በተለያዩ ምህዋሮች ስለሚንቀሳቀሱ ነው። ኤሌክትሮኖች ኃይልን የሚወስዱ ከሆነ ከመሬት ሁኔታ ወደ ተደሰተ ሁኔታ ሊሄዱ ይችላሉ፤ ኤሌክትሮን ከተደሰተበት ሁኔታ ወደ መሬት ሁኔታ ከተመለሰ፣ ኃይል ይለቃል፣ ይህም ብዙውን ጊዜ በሌዘር መልክ ይለቀቃል።

ቲዎሬቲካል መሰረት 2፡ የአንስታይን የጨረር ንድፈ ሃሳብ

በ1917፣ አንስታይን የጨረር ንድፈ ሐሳብ አቅርቧል፣ ይህም ለሌዘር እና ለሌዘር ምርት የንድፈ ሐሳብ መሠረት ነው፡ የቁስ መምጠጥ ወይም ልቀት በመሠረቱ የጨረር መስክ እና ቁስ አካልን በሚፈጥሩት ቅንጣቶች መካከል ባለው መስተጋብር ውጤት ነው፣ እና ዋናው ይዘቱ በተለያዩ የኃይል ደረጃዎች መካከል ቅንጣቶች መለዋወጥ ነው። በብርሃን እና ቁስ አካል መካከል ባለው መስተጋብር ውስጥ ሦስት የተለያዩ ሂደቶች አሉ፡ ድንገተኛ ልቀት፣ የተነቃቃ ልቀት እና የተነቃቃ ልቀት። ብዙ ቅንጣቶችን የያዘ ስርዓት፣ እነዚህ ሶስት ሂደቶች ሁልጊዜ አብረው የሚኖሩ እና በቅርበት የተሳሰሩ ናቸው።

ድንገተኛ ልቀት፦

በሥዕሉ ላይ እንደሚታየው፡ በከፍተኛ የኃይል ደረጃ E2 ላይ ያለ ኤሌክትሮን በድንገት ወደ ዝቅተኛ የኃይል ደረጃ E1 ይሸጋገራል እና የ hv ኃይል ያለው ፎቶን ያመነጫል፣ እና hv=E2-E1፤ ይህ ድንገተኛ እና ያልተያያዘ የሽግግር ሂደት ድንገተኛ ሽግግር ይባላል፣ እና በራስ-ሰር ሽግግሮች የሚወጡ የብርሃን ሞገዶች ድንገተኛ ጨረር ይባላሉ።

የድንገተኛ ልቀት ባህሪያት፡- እያንዳንዱ ፎቶን ራሱን የቻለ ሲሆን የተለያዩ አቅጣጫዎች እና ደረጃዎች ያሉት ሲሆን የመከሰት ጊዜም እንዲሁ በዘፈቀደ ነው። ወጥነት የሌለው እና ትርምስ ያለበት ብርሃን ነው፣ ይህም በሌዘር የሚፈለገው ብርሃን አይደለም። ስለዚህ የሌዘር ማመንጨት ሂደት ይህንን አይነት የተዛባ ብርሃን መቀነስ አለበት። ይህ ደግሞ የተለያዩ ሌዘሮች የሞገድ ርዝመት የተዛባ ብርሃን እንዲኖራቸው ከሚያስችሉት ምክንያቶች አንዱ ነው። በጥሩ ሁኔታ ከተቆጣጠረ፣ በሌዘር ውስጥ ያለው ድንገተኛ ልቀት መጠን ችላ ሊባል ይችላል። እንደ 1060 nm ያሉ ሌዘሮች ንፁህ ሲሆኑ፣ ሁሉም 1060 nm ነው። ይህ ዓይነቱ ሌዘር በአንጻራዊነት የተረጋጋ የመምጠጥ ፍጥነት እና ኃይል አለው።

የተነቃቃ መምጠጥ፡

ኤሌክትሮኖች በዝቅተኛ የኃይል ደረጃዎች (ዝቅተኛ ምህዋሮች)፣ ፎቶኖችን ከወሰዱ በኋላ፣ ወደ ከፍተኛ የኃይል ደረጃዎች (ከፍተኛ ምህዋሮች) ይሸጋገራሉ፣ እና ይህ ሂደት የተነቃቃ መምጠጥ ይባላል። የተነቃቃ መምጠጥ ወሳኝ እና ቁልፍ ከሆኑ የፓምፕ ሂደቶች አንዱ ነው። የሌዘር ፓምፕ ምንጭ የፎቶን ኃይል በማግኘት መካከለኛ ውስጥ ያሉ ቅንጣቶች እንዲሸጋገሩ እና ከፍተኛ የኃይል ደረጃዎች ላይ የተነቃቃ ጨረር እንዲጠብቁ በማድረግ ሌዘርን ያመነጫሉ።

የተነቃቃ ጨረር፡

በውጫዊ ኃይል (hv=E2-E1) ብርሃን ሲበራ፣ በከፍተኛ የኃይል ደረጃ ላይ ያለው ኤሌክትሮን በውጫዊው ፎቶን ይነሳሳና ወደ ዝቅተኛ የኃይል ደረጃ ይዘላል (ከፍተኛው ምህዋር ወደ ዝቅተኛ ምህዋር ይሄዳል)። በተመሳሳይ ጊዜ፣ ከውጫዊው ፎቶን ጋር በትክክል ተመሳሳይ የሆነ ፎቶን ያመነጫል። ይህ ሂደት የመጀመሪያውን የማነቃቂያ ብርሃን አይስብም፣ ስለዚህ ሁለት ተመሳሳይ ፎቶኖች ይኖራሉ፣ ይህም ኤሌክትሮኑ ቀደም ሲል የተዋጠውን ፎቶን እንደሚተፋ መረዳት ይቻላል። ይህ የብርሃን ጨረር ሂደት የተነቃነቀ ጨረር ይባላል፣ ይህም የተነቃቃ መምጠጥ የተገላቢጦሽ ሂደት ነው።

ቲዎሪው ግልጽ ከሆነ በኋላ፣ ከላይ በተጠቀሰው ምስል ላይ እንደሚታየው ሌዘር መገንባት በጣም ቀላል ነው፡- በመደበኛ የቁሳቁስ መረጋጋት ሁኔታዎች ውስጥ፣ አብዛኛዎቹ ኤሌክትሮኖች በመሬት ሁኔታ ውስጥ፣ ኤሌክትሮኖች በመሬት ሁኔታ ውስጥ፣ እና ሌዘር በተነቃቃው ጨረር ላይ የተመሰረተ ነው። ስለዚህ፣ የሌዘር አወቃቀር በመጀመሪያ የተነቃቃው መምጠጥ እንዲከሰት መፍቀድ፣ ኤሌክትሮኖችን ወደ ከፍተኛ የኃይል ደረጃ ማምጣት፣ እና ከዚያም ከፍተኛ ቁጥር ያላቸው ከፍተኛ የኃይል ደረጃ ያላቸው ኤሌክትሮኖች የተነቃቁ ጨረር እንዲወስዱ የሚያደርግ መነቃቃት መስጠት፣ ፎቶኖችን መልቀቅ። ከዚህ፣ ሌዘር ሊፈጠር ይችላል። በመቀጠል፣ የሌዘር አወቃቀሩን እናስተዋውቃለን።

የሌዘር መዋቅር:

የሌዘር አወቃቀሩን ቀደም ሲል ከተጠቀሱት የሌዘር ማመንጫ ሁኔታዎች ጋር አንድ በአንድ ያዛምዱ፡

የተከሰተበት ሁኔታ እና ተዛማጅ መዋቅር፡

1. እንደ ሌዘር የሚሰራ መካከለኛ የማጉላት ውጤት የሚሰጥ የጂናል መካከለኛ አለ፣ እና የተነቃቁት ቅንጣቶች የተቀሰቀሱ ጨረሮችን ለማመንጨት ተስማሚ የሆነ የኃይል ደረጃ መዋቅር አላቸው (በዋነኝነት ኤሌክትሮኖችን ወደ ከፍተኛ ኃይል ምህዋሮች ማፍሰስ የሚችሉ እና ለተወሰነ ጊዜ የሚኖሩ እና ከዚያም በተነቃቂ ጨረሮች አማካኝነት በአንድ እስትንፋስ ፎቶኖችን ይለቀቃሉ)።

2. ኤሌክትሮኖችን ከዝቅተኛ ደረጃ ወደ ላይኛው ደረጃ የሚያስገባ ውጫዊ የማነቃቂያ ምንጭ (የፓምፕ ምንጭ) አለ፣ ይህም በሌዘር የላይኛው እና የታችኛው ደረጃዎች መካከል ያለውን የቅንጣት ቁጥር መገልበጥ (ማለትም፣ ከዝቅተኛ ኃይል ቅንጣቶች የበለጠ ከፍተኛ ኃይል ያላቸው ቅንጣቶች ሲኖሩ) ያስከትላል፣ ለምሳሌ በ YAG ሌዘር ውስጥ የዜኖን መብራት፤

3. የሌዘር ንዝረትን ማሳካት የሚችል፣ የሌዘር የስራ ቁሳቁስ የስራ ርዝመትን የሚጨምር፣ የብርሃን ሞገድ ሁነታን የሚሸፍን፣ የጨረሩን የስርጭት አቅጣጫ የሚቆጣጠር፣ ሞኖክሮማቲቲ (ሌዘር በተወሰነ ኃይል መውጣቱን ማረጋገጥ) የሚቀሰቅሰውን የጨረር ድግግሞሽ በምርጫ የሚያጎላ የማስተጋባት ክፍተት አለ።

ተጓዳኝ አወቃቀሩ ከላይ ባለው ምስል ላይ ይታያል፣ ይህም የYAG ሌዘር ቀላል መዋቅር ነው። ሌሎች አወቃቀሮች የበለጠ ውስብስብ ሊሆኑ ይችላሉ፣ ነገር ግን ዋናው ይህ ነው። የሌዘር ማመንጨት ሂደት በስዕሉ ላይ ይታያል፡

የሌዘር ምደባ፡ በአጠቃላይ በጌይን መካከለኛ ወይም በሌዘር የኃይል ቅርፅ የተመደበ

መካከለኛ ምደባን ያግኙ፡

የካርቦን ዳይኦክሳይድ ሌዘርየካርቦን ዳይኦክሳይድ ሌዘር ትርፍ መካከለኛ ሂሊየም እናየCO2 ሌዘር፣የሌዘር ሞገድ ርዝመት 10.6um ሲሆን ይህም ከተጀመሩት የመጀመሪያዎቹ የሌዘር ምርቶች አንዱ ነው። የቀደመው የሌዘር ብየዳ በዋናነት የተመሰረተው በካርቦን ዳይኦክሳይድ ሌዘር ላይ ሲሆን በአሁኑ ጊዜ በዋናነት ብረት ያልሆኑ ቁሳቁሶችን (ጨርቆች፣ ፕላስቲኮች፣ እንጨት፣ ወዘተ) ለመበየድ እና ለመቁረጥ ጥቅም ላይ ይውላል። በተጨማሪም፣ በሊቶግራፊ ማሽኖች ላይም ጥቅም ላይ ይውላል። የካርቦን ዳይኦክሳይድ ሌዘር በኦፕቲካል ፋይበር ሊተላለፍ አይችልም እና በቦታ ኦፕቲካል መንገዶች ይጓዛል። የመጀመሪያው የቶንግኩዋይ በአንጻራዊ ሁኔታ በጥሩ ሁኔታ ተከናውኗል፣ እና ብዙ የመቁረጫ መሳሪያዎች ጥቅም ላይ ውለዋል፤

YAG (የይትሪየም አሉሚኒየም ጋርኔት) ሌዘር፡- በኒዮዲሚየም (Nd) ወይም በይትሪየም (Yb) የብረት አየኖች የተለበጡ የYAG ክሪስታሎች እንደ ሌዘር ጌይን መካከለኛ ሆነው ያገለግላሉ፣ የልቀት ሞገድ ርዝመት 1.06um ነው። የYAG ሌዘር ከፍተኛ ምቶች ሊያወጣ ይችላል፣ ነገር ግን አማካይ ኃይል ዝቅተኛ ነው፣ እና ከፍተኛው ኃይል ከአማካይ ኃይል 15 እጥፍ ሊደርስ ይችላል። በዋናነት የ pulse ሌዘር ከሆነ፣ ቀጣይነት ያለው ውጤት ማግኘት አይቻልም፤ ነገር ግን በኦፕቲካል ፋይበር ሊተላለፍ ይችላል፣ እና በተመሳሳይ ጊዜ የብረት ቁሳቁሶች የመምጠጥ ፍጥነት ይጨምራል፣ እና በመጀመሪያ በ3C መስክ ውስጥ በሚተገበር ከፍተኛ አንጸባራቂ ቁሳቁሶች ላይ መተግበር ጀምሯል፤

የፋይበር ሌዘር፡- በአሁኑ ጊዜ በገበያ ላይ ያለው ዋና ዋና ነገር ytterbium doped fiber እንደ ጌይን መካከለኛ ይጠቀማል፣ ይህም 1060nm የሞገድ ርዝመት አለው። በተጨማሪም በመካከለኛው ቅርፅ ላይ በመመስረት ወደ ፋይበር እና ዲስክ ሌዘር ይከፈላል፤ ፋይበር ኦፕቲክ IPGን ይወክላል፣ ዲስክ ደግሞ ቶንግኩዋይን ይወክላል።

ሴሚኮንዳክተር ሌዘር፡- የጌይን መካከለኛው ሴሚኮንዳክተር የፒኤን መጋጠሚያ ሲሆን የሴሚኮንዳክተር ሌዘር የሞገድ ርዝመት በዋናነት በ976nm ላይ ነው። በአሁኑ ጊዜ፣ ከኢንፍራሬድ አቅራቢያ ያሉ ሴሚኮንዳክተር ሌዘሮች በዋናነት ለክላዲንግ ጥቅም ላይ የሚውሉ ሲሆን ከ600um በላይ የብርሃን ነጠብጣቦች አሏቸው። ሌዘርላይን የሴሚኮንዳክተር ሌዘሮች ተወካይ ድርጅት ነው።

በኢነርጂ እርምጃ መልክ የተመደቡት፡ የፐልዝ ሌዘር (PULSE)፣ የኳሲ ኮንቲኒየንት ሌዘር (QCW)፣ የቀጣይ ሌዘር (CW)

የፐልዝ ሌዘር፡ ናኖሴኮንድ፣ ፒኮሴኮንድ፣ ፌምቶሴኮንድ፣ ይህ ከፍተኛ-ድግግሞሽ pulse ሌዘር (ns፣ pulse width) ብዙውን ጊዜ ከፍተኛ ፒክ ኢነርጂ፣ ከፍተኛ ድግግሞሽ (MHZ) ማቀነባበሪያን ሊያገኝ ይችላል፣ ቀጭን መዳብ እና አሉሚኒየም የተለያዩ ቁሳቁሶችን ለማቀነባበር እንዲሁም በአብዛኛው ለማጽዳት ያገለግላል። ከፍተኛ ፒክ ኢነርጂን በመጠቀም፣ ዝቅተኛ የተግባር ጊዜ እና አነስተኛ የሙቀት መጠን ያለው ዞን ያለው መሰረታዊ ቁስሉን በፍጥነት ሊያቀልጥ ይችላል። እጅግ በጣም ቀጭን ቁሶችን በማቀነባበር ረገድ ጥቅሞች አሉት (ከ0.5ሚሜ በታች)፤

የኳሲ ኮንቲኔንታል ሌዘር (QCW): በከፍተኛ የመድገም ፍጥነት እና ዝቅተኛ የስራ ዑደት (ከ50% በታች) ምክንያት፣ የ pulse ስፋትየQCW ሌዘርከ50 us-50 ms ይደርሳል፣ ይህም በኪሎዋት ደረጃ ቀጣይነት ያለው ፋይበር ሌዘር እና በQ-switched pulse laser መካከል ያለውን ክፍተት ይሞላል፤ የኳሲ ቀጣይነት ያለው ፋይበር ሌዘር ከፍተኛ ኃይል በተከታታይ ሁነታ አሠራር ወቅት አማካይ ኃይል 10 እጥፍ ሊደርስ ይችላል። የQCW ሌዘሮች በአጠቃላይ ሁለት ሁነታዎች አሏቸው፣ አንደኛው በዝቅተኛ ኃይል ቀጣይነት ያለው ብየዳ ሲሆን ሌላኛው ደግሞ በአማካይ ኃይል 10 እጥፍ ከፍተኛ ኃይል ያለው pulsed laser ብየዳ ሲሆን ይህም ወፍራም ቁሳቁሶችን እና የበለጠ የሙቀት ብየዳ ማግኘት ይችላል፣ እንዲሁም በጣም በትንሽ ክልል ውስጥ ያለውን ሙቀት ይቆጣጠራል።

ቀጣይ ሌዘር (CW): ይህ በብዛት ጥቅም ላይ የሚውል ሲሆን በገበያ ላይ የሚታዩት አብዛኛዎቹ ሌዘሮች ለዌልድ ማቀነባበሪያ ሌዘር ያለማቋረጥ የሚያወጡ የCW ሌዘሮች ናቸው። የፋይበር ሌዘሮች በተለያዩ የኮር ዲያሜትሮች እና የጨረር ባህሪያት መሰረት ወደ ነጠላ-ሞድ እና ባለብዙ-ሞድ ሌዘሮች ይከፈላሉ፣ እና ለተለያዩ የአተገባበር ሁኔታዎች ሊስማሙ ይችላሉ።