Mabda'a Jiilka Laser-ka

Maxaan ugu baahanahay inaan ogaano mabda'a laysarka?

Ogaanshaha farqiga u dhexeeya leysarka semiconductor-ka caadiga ah, fiilooyinka, saxanka, iyoYAG laserWaxa kale oo ay gacan ka geysan kartaa in la helo faham wanaagsan oo laga galo doodo badan inta lagu jiro habka xulashada.

Maqaalku wuxuu inta badan diiradda saarayaa sayniska caanka ah: hordhac gaaban oo ku saabsan mabda'a jiilka laysarka, qaabka ugu muhiimsan ee laysarka, iyo dhowr nooc oo caan ah oo laser ah.

Marka hore, mabda'a jiilka laser

Laser-ku wuxuu ku dhashaa isdhexgalka iftiinka iyo walxaha, oo loo yaqaan xoojinta shucaaca la kiciyey; Fahamka xoojinta shucaaca la kiciyey waxay u baahan tahay fahamka fikradaha Einstein ee qiiqa iska kediska ah, nuugista kicinta, iyo shucaaca kicinta, iyo sidoo kale aasaaska aragtida lagama maarmaanka ah.

Aasaaska Aragtida 1: Model Bohr

Qaabka Bohr wuxuu inta badan bixiyaa qaab-dhismeedka gudaha ee atamka, taas oo sahlaysa in la fahmo sida laysarka u dhaco. Atomku wuxuu ka kooban yahay nukleus iyo elektaroonno ka baxsan xudunta, iyo orbitals ee elektarooniga ah maahan mid aan kala sooc lahayn. Electron-yadu waxay leeyihiin oo keliya orbitals gaar ah, oo ay ka mid yihiin orbital-ka ugu hooseeya ee loo yaqaan 'ground state'; Haddii elektarooniga uu ku jiro xaaladda dhulka, tamartiisu waa tan ugu hooseysa. Haddii elektarooniga uu ka soo boodo meeraha, waxaa loo yaqaannaa xaaladda ugu horreysa ee xiisaha leh, tamarta ugu horreysana waxay ka sarraysaa tan dhulka; Wareega kale waxa loo yaqaan gobolka labaad ee faraxsan;

Sababta uu laysarka u dhici karo waa sababta oo ah electron-yadu waxay ku dhaqaaqi doonaan wareegyo kala duwan qaabkan. Haddii elektaroonnada ay nuugaan tamarta, waxay ka socon karaan xaaladda dhulka ilaa xaalad faraxsan; Haddii elektarooniga uu ka soo laabto xaaladdii xiisaha lahayd ee dhulka, waxay sii deyn doontaa tamarta, taas oo inta badan lagu sii daayo qaabka laser.

Aasaaska Aragtida 2: Aragtida Shucaaca ee Einstein ee la kiciyay

Sanadkii 1917, Einstein wuxuu soo jeediyay aragtida shucaaca la kiciyay, taas oo ah aasaaska aragtida laysarka iyo wax soo saarka laysarka: nuugista ama sii daynta maaddadu asal ahaan waa natiijada isdhexgalka ka dhexeeya goobta shucaaca iyo qaybaha ka samaysan walxaha, iyo xudunta u ah. nuxurku waa kala-guurka qaybaha u dhexeeya heerarka tamarta kala duwan. Waxaa jira saddex hab oo kala duwan oo isdhexgalka u dhexeeya iftiinka iyo maaddada: qiiqa degdega ah, qiiqa la kiciyey, iyo nuugista kicinta. Nidaam ka kooban qaybo tiro badan, saddexdan hab mar walba way wada nool yihiin oo xidhiidh dhow bay leeyihiin.

Sii daynta degdega ah:

Sida shaxanka ku cad: elektarooniga heerka tamarta sare E2 si iskiis ah ayuu ugu wareegayaa heerka tamarta hoose ee E1 wuxuuna soo saaraa sawir leh tamar hv ah, iyo hv=E2-E1; Nidaamkan kala guurka ah ee iskiis ah ee aan xiriir la lahayn waxaa loo yaqaan isbeddel iskiis ah, iyo mowjadaha iftiinka ee ka soo baxa isbeddellada iskiis ah waxaa loo yaqaannaa shucaac iskiis ah.

Astaamaha qiiqa iskiis ah: Photon kastaa waa madax banaan yahay, oo leh jihooyin iyo wejiyo kala duwan, iyo waqtiga dhacdada sidoo kale waa random. Waxa iska leh nalka aan is-khilaafsaneyn iyo nalka fowdada ah, kaas oo aan ahayn iftiinka loo baahan yahay laysarka. Sidaa darteed, habka jiilka laysarka wuxuu u baahan yahay inuu yareeyo nuucyada noocan oo kale ah. Tani sidoo kale waa mid ka mid ah sababaha mawjadaha dhererka leysarka kala duwan u leeyahay iftiin baadi ah. Haddii si fiican loo xakameeyo, saamiga qiiqa iskiis ah ee laysarka waa la iska indho tiri karaa. Laysarka saafiga ah, sida 1060 nm, dhammaan waa 1060 nm, Noocan laser wuxuu leeyahay heer nuugista iyo awood deggan.

Nuugista la kiciyay:

Electrons ee heerarka tamarta hooseeya (orbitals hoose), ka dib marka ay nuugaan photons, u gudubka heerarka tamarta sare (sare orbitals), iyo habkan waxaa loo yaqaan nuugista kicin. Nuugista la kiciyay ayaa muhiim ah waana mid ka mid ah hababka bamgareynta muhiimka ah. Isha bamka ee laysarka ayaa bixisa tamarta photon si ay u keento qayb ka mid ah faa'iidada dhexdhexaadka ah si ay u gudubto oo ay sugaan shucaaca la kiciyey ee heerarka tamarta sare, oo sii daaya laysarka.

Shucaaca la kiciyay:

Marka uu iftiimiyo iftiinka tamarta dibadda (hv=E2-E1), elektarooniga heerka tamarta sare wuxuu ku faraxsan yahay sawirka dibedda wuxuuna u boodaa heerka tamarta hooseeya (orbitka sare wuxuu u socdaa wareegga hoose). Isla mar ahaantaana, waxay soo saartaa sawir qaade ah oo la mid ah sawirka dibadda. Habkani ma nuugo iftiinka kicinta ee asalka ah, sidaas darteed waxaa jiri doona laba sawir oo isku mid ah, kuwaas oo la fahmi karo marka elektarooniga ay soo tufaan photonkii hore loo nuugay, Nidaamkan iftiinka waxaa loo yaqaannaa shucaaca kicinta, taas oo ah habka beddelka ee nuugista kicinta.

Ka dib marka aragtidu caddahay, aad bay u fududahay in la dhiso laser, sida ku cad shaxanka kore: xaaladaha caadiga ah ee xasiloonida walxaha, inta badan electrons waxay ku jiraan gobolka dhulka, electrons ee dhulka, iyo laser waxay ku xiran tahay shucaac kiciyay. Sidaa darteed, qaab-dhismeedka laysarka waa in la oggolaado nuugista kicinta in ay dhacdo marka hore, keenaysa elektaroonnada heerka tamarta sare, ka dibna siinta dareen si ay u keento tiro badan oo ah heerka tamarta sare ee elektaroonigga ah si ay u maraan shucaac kicin, sii daaya photons, Laga soo bilaabo tan, laser waa la dhalin karaa. Marka xigta, waxaan soo bandhigi doonaa qaabka laser-ka.

Qaab dhismeedka laser:

Ku dhig qaab dhismeedka laysarka xaaladaha jiilka laysarka ee hore loo sheegay mid mid:

Xaaladda dhacdada iyo qaabka u dhigma:

1. Waxaa jira dhexdhexaad ah faa'iido kaas oo bixiya saamaynta kor u qaadis sida laser ka shaqeeya dhexdhexaad ah, iyo qaybaheeda firfircoon waxay leeyihiin qaab-dhismeedka heerka tamarta ku haboon in la dhaliyo shucaaca kiciyey (inta badan awood u inuu ku shubo electrons in orbitals tamar sare oo jira muddo cayiman. , ka dibna ku sii daaya photons hal neefsasho iyada oo loo marayo shucaac la kiciyey);

2. Waxa jira il xamaasad dibadeed ( isha bamka) kaas oo ka soo saari kara elektaroonnada heerka hoose ilaa heerka sare, taas oo keenaysa in nambarada numbarka ay rogaan inta u dhaxaysa heerarka sare iyo hoose ee laysarka (ie, marka ay jiraan qaybo tamar sare leh oo ka badan Qaybaha tamarta yar), sida nalka xenon ee lasers YAG;

3. Waxaa jira dalool resonant ah oo gaari kara oscillation laser, kordhinta dhererka shaqada ee qalabka shaqada laser, shaandheynta habka hirarka iftiinka, xakameynta jihada faafinta iftiinka, si xushmad leh u kordhiso inta jeer ee shucaaca kicinta si loo hagaajiyo monochromaticity (hubinta in laser waxaa lagu soo saaraa tamar gaar ah).

Qaab dhismeedka u dhigma ayaa lagu muujiyay sawirka kore, kaas oo ah qaab-dhismeedka fudud ee laser YAG. Dhismayaasha kale waxay noqon karaan kuwo aad u adag, laakiin udub dhexaadka ayaa ah kan. Habka abuurista laysarka ayaa lagu muujiyay shaxanka:

Kala soocidda laser: guud ahaan waxaa lagu kala saaraa helitaanka dhexdhexaad ah ama qaabka tamarta laysarka

Hel kala saarid dhexdhexaad ah:

Kaarboon dioxide laser: Dhexdhexaadka faa'iidada laser carbon dioxide waa helium iyoCO2 laser,oo leh mowjadda laser-ka ee 10.6um, taas oo ah mid ka mid ah alaabooyinka laser-ka ee ugu horreeya ee la bilaabay. Alxanka laysarka hore waxa uu ku salaysan yahay laser carbon dioxide, kaas oo hadda inta badan loo isticmaalo alxanka iyo jarista alaabta aan biraha ahayn (marooyin, baco, alwaax, iwm.). Intaa waxaa dheer, waxaa sidoo kale loo isticmaalaa mashiinnada lithography. Laysarka Kaarboon-dioxide laguma gudbin karo fiilooyinka indhaha oo wuxuu ku socdaalaa dariiqyada indhaha ee bannaan, Tongkuai-kii ugu horreeyay wuxuu ahaa mid si wanaagsan loo sameeyay, qalab badan oo wax lagu gooyo ayaa la isticmaalay;

YAG (yttrium aluminium garnet) leyser: YAG crystals lagu qurxiyey neodymium (Nd) ama yttrium (Yb) ion bir ah ayaa loo isticmaalaa sidii celceliska faa'iidada laysarka, oo leh mowjadda sii deynta ee 1.06um. Laser-ka YAG wuxuu soo saari karaa garaacyo sare, laakiin celceliska awoodda ayaa hooseysa, awoodda ugu sarreysa waxay gaari kartaa 15 jeer celceliska awoodda. Haddii inta badan ay tahay laysarka garaaca wadnaha, wax soo saarka joogtada ah lama gaari karo; Laakiin waxaa lagu kala qaadi karaa iyada oo loo marayo fiilooyinka indhaha, isla mar ahaantaana, heerka nuugista walxaha birta ah ayaa kor u kaca, waxaana la bilaabay in lagu dabaqo qalabka sare ee muuqaalka, marka hore lagu dabaqo beerta 3C;

Laser Fiber: Qaybta caadiga ah ee hadda suuqa ka jirta waxay isticmaashaa ytterbium doped fiber sida dhexdhexaadka faa'iidada, oo leh mawjadda dhererkeedu yahay 1060nm. Waxaa loo sii kala qaybiyaa fiber iyo lasers disc oo ku salaysan qaabka dhexdhexaadka ah; Fiber optic-ga wuxuu matalaa IPG, halka saxanka uu matalo Tongkuai.

Laysarka Semiconductor: Dhexdhexaadiyaha faa'iidada waa isku xirka semiconductor PN, iyo dhererka hirarka leysarka semiconductor inta badan waa 976nm. Waqtigan xaadirka ah, semiconductor-ka u dhow laser infrared ayaa inta badan loo isticmaalaa in lagu dhejiyo, oo leh dhibco iftiin ah oo ka sarreeya 600um. Laserline waa shirkad wakiil ka ah leysarka semiconductor.

Waxaa lagu kala soocay qaabka waxqabadka tamarta: Pulse laser (PULSE), laser joogto ah (QCW), laser joogto ah (CW)

Laser garaaca wadnaha: nanosecond, picosecond, femtosecond, laser garaaca garaaca-sare ee soo noqnoqda (ns, garaaca garaaca wadnaha) inta badan waxay gaari karaan tamar sare sare, soo noqnoqda sare (MHZ) processing, loo isticmaalo in lagu farsameeyo naxaas khafiif ah iyo aluminium qalab kala duwan, iyo sidoo kale nadiifinta inta badan . Adigoo isticmaalaya tamarta ugu sarreysa, waxay si dhakhso ah u dhalaali kartaa walxaha aasaasiga ah, oo leh waqti yar oo ficil ah iyo aagga kuleylka yar ee saameeya. Waxay leedahay faa'iidooyin xagga farsamaynta walxaha aadka u khafiifka ah (ka hooseeya 0.5mm);

Laysarka Quasi joogtada ah (QCW): Iyadoo ay ugu wacan tahay heerka soo noqnoqda sare iyo wareegga shaqada oo hooseeya (ka hooseeya 50%), ballaca garaaca wadnahalaser QCWgaadho 50 us-50 ms, buuxinta farqiga u dhexeeya heerka kilowatt laser fiber joogto ah iyo Q-switched pulse laser; Awoodda ugu sarreysa ee leysarka fibre-ka-joogta ah ee quasi waxay gaari kartaa 10 jeer celceliska awoodda hawlgalka qaab joogto ah. Laysarka QCW guud ahaan waxay leeyihiin laba hab, mid waa alxanka joogtada ah ee awoodda hoose, iyo kan kale waa pulsed laser alxanka awoodda ugu sarreysa ee 10 jeer awoodda celceliska, kaas oo gaari kara qalab dhumuc weyn iyo alxanka kulaylka badan, halka sidoo kale la xakameeyo kulaylka gudahood a. tiro aad u yar;

Laser joogto ah (CW): Kani waa kan ugu badan ee la isticmaalo, inta badan laysarka lagu arko suuqana waa leysarka CW oo si joogto ah u soo saara leysarka alxanka. Fiber lasers waxaa loo qaybiyaa hal qaab iyo laser-mode badan iyadoo loo eegayo dhexroorka xudunta u ah ee kala duwan iyo tayada iftiinka, waxaana lagu qabsan karaa xaaladaha kala duwan ee codsiga.