მყარი ლაზერი: მოქმედების პრინციპი, გამოყენება

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

ეს სტატია გვიჩვენებს, თუ რა არის მონოქრომატული გამოსხივების წყაროები და რა უპირატესობა აქვს მყარი მდგომარეობის ლაზერს სხვა ტიპებთან შედარებით. ის მოგვითხრობს, თუ როგორ ხდება თანმიმდევრული გამოსხივების წარმოქმნა, რატომ არის პულსირებული მოწყობილობა უფრო ძლიერი, რატომ არის საჭირო გრავიურა. იგი ასევე განიხილავს ლაზერის სამ ძირითად ელემენტს და როგორ მუშაობს იგი.

ზონის თეორია

სანამ ვისაუბრებთ იმაზე, თუ როგორ მუშაობს ლაზერი (მაგალითად, მყარი მდგომარეობის შესახებ), გასათვალისწინებელია ზოგიერთი ფიზიკური მოდელი. სკოლის გაკვეთილებიდან ყველას ახსოვს, რომ ელექტრონები განლაგებულია ატომის ბირთვის ირგვლივ გარკვეულ ორბიტებში, ანუ ენერგეტიკულ დონეზე. თუ ჩვენ გვაქვს არა ერთი ატომი, არამედ ბევრი, ანუ განვიხილავთ ნებისმიერ მოცულობით სხეულს, მაშინ წარმოიქმნება ერთი სირთულე.

პაულის პრინციპის მიხედვით, მოცემულ სხეულში ერთი და იგივე ენერგიის მქონე შეიძლება იყოს მხოლოდ ერთი ელექტრონი. უფრო მეტიც, ქვიშის უმცირესი მარცვალიც კი შეიცავს ატომების დიდ რაოდენობას. ამ შემთხვევაში ბუნებამ იპოვა ძალიან ელეგანტური გამოსავალი - თითოეულის ენერგიაელექტრონი განსხვავდება მეზობელი ელექტრონი ენერგიისგან ძალიან მცირე, თითქმის განუყოფელი რაოდენობით. ამ შემთხვევაში, ერთი დონის ყველა ელექტრონი "შეკუმშულია" ერთ ენერგეტიკულ ზოლში. ზონას, რომელშიც განლაგებულია ბირთვიდან ყველაზე დაშორებული ელექტრონები, ეწოდება ვალენტური ზონა. მის შემდეგ ზონას უფრო მეტი ენერგია აქვს. მასში ელექტრონები თავისუფლად მოძრაობენ და მას გამტარობის ზოლი ეწოდება.

გამოყოფა და შთანთქმა

ნებისმიერი ლაზერი (მყარი მდგომარეობა, აირი, ქიმიური) მუშაობს ელექტრონის ერთი ზონიდან მეორეში გადასვლის პრინციპებზე. თუ სინათლე ეცემა სხეულს, მაშინ ფოტონი აძლევს ელექტრონს საკმარის ძალას, რომ ის უფრო მაღალ ენერგეტიკულ მდგომარეობაში მოათავსოს. და პირიქით: როდესაც ელექტრონი გადადის გამტარობის ზოლიდან ვალენტობის ზოლში, ის ასხივებს ერთ ფოტონს. თუ ნივთიერება არის ნახევარგამტარი ან დიელექტრიკი, ვალენტობისა და გამტარობის ზოლები გამოყოფილია ინტერვალით, რომელშიც არ არის ერთი დონე. შესაბამისად, ელექტრონები იქ არ შეიძლება იყოს. ამ ინტერვალს ზოლის უფსკრული ეწოდება. თუ ფოტონს აქვს საკმარისი ენერგია, მაშინ ელექტრონები ხტებიან ამ ინტერვალზე.

თაობა

მყარი ლაზერის მოქმედების პრინციპი ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ ნივთიერების ზოლის უფსკრულიში იქმნება ე.წ. ამ დონეზე ელექტრონის სიცოცხლე უფრო გრძელია ვიდრე ის დრო, რომელსაც ის ატარებს გამტარ ზოლში. ამრიგად, გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, მასზე ელექტრონები "გროვდება". ამას ინვერსიული პოპულაცია ეწოდება. როდესაც წარსულში ასეთი დონე წერტილოვანიელექტრონები, გადის სასურველი ტალღის სიგრძის ფოტონი, ეს იწვევს იმავე სიგრძისა და ფაზის დიდი რაოდენობით სინათლის ტალღების ერთდროულ წარმოქმნას. ანუ, ზვავის ელექტრონები ერთდროულად გადადიან საწყის მდგომარეობაში, წარმოქმნიან საკმარისად მაღალი სიმძლავრის მონოქრომატული ფოტონების სხივს. უნდა აღინიშნოს, რომ პირველი ლაზერის დეველოპერების მთავარი პრობლემა იყო ნივთიერებების ისეთი კომბინაციის ძიება, რომლისთვისაც შესაძლებელი იქნებოდა ერთ-ერთი დონის ინვერსიული პოპულაცია. შენადნობი ლალი გახდა პირველი სამუშაო ნივთიერება.

ლაზერის შემადგენლობა

მყარი ლაზერი არ განსხვავდება სხვა ტიპებისგან მისი ძირითადი კომპონენტებით. სამუშაო სხეული, რომელშიც ხორციელდება ერთ-ერთი დონის ინვერსიული პოპულაცია, განათებულია გარკვეული სინათლის წყაროთი. ტუმბოს ქვია. ხშირად ეს შეიძლება იყოს ჩვეულებრივი ინკანდესენტური ნათურა ან გაზის გამონადენი მილი. სამუშაო სითხის ორი პარალელური ბოლო (მყარი ლაზერი ნიშნავს კრისტალს, გაზის ლაზერი ნიშნავს იშვიათ გარემოს) ქმნის სარკეების სისტემას ან ოპტიკურ რეზონატორს. ის აგროვებს სხივში მხოლოდ იმ ფოტონებს, რომლებიც მიდიან გამოსასვლელის პარალელურად. მყარი მდგომარეობის ლაზერები ჩვეულებრივ ამოტუმბულია ფლეშ ნათურებით.

მყარი მდგომარეობის ლაზერების ტიპები

ლაზერის სხივის გასვლის გზიდან გამომდინარე, განასხვავებენ უწყვეტ და პულსირებულ ლაზერებს. თითოეული მათგანი პოულობს აპლიკაციას და აქვს საკუთარი მახასიათებლები. მთავარი განსხვავება ისაა, რომ პულსირებული მყარი მდგომარეობის ლაზერებს უფრო მაღალი სიმძლავრე აქვთ. რადგან ყოველი გასროლისთვისროგორც ჩანს, ფოტონები „გროვდება“, მაშინ ერთ პულსს შეუძლია მეტი ენერგიის მიწოდება, ვიდრე უწყვეტი გენერაცია დროის მსგავს პერიოდში. რაც უფრო ხანმოკლეა იმპულსი, მით უფრო ძლიერია თითოეული „გასროლა“. ამ დროისთვის ტექნოლოგიურად შესაძლებელია ფემტოწამური ლაზერის აგება. მისი ერთ-ერთი იმპულსი გრძელდება დაახლოებით 10-15 წამი. ეს დამოკიდებულება დაკავშირებულია იმ ფაქტთან, რომ ზემოთ აღწერილი უკანმოსახლეობის პროცესები ძალიან, ძალიან ცოტა გრძელდება. რაც უფრო მეტ ხანს ჭირდება ლაზერის „გასროლამდე“ლოდინი, მით მეტ ელექტრონს ექნება დრო ინვერსიული დონის დასატოვებლად. შესაბამისად, მცირდება ფოტონების კონცენტრაცია და გამომავალი სხივის ენერგია.

ლაზერული გრავირება

მეტალისა და მინის ნივთების ზედაპირზე არსებული ნიმუშები ამშვენებს ადამიანის ყოველდღიურ ცხოვრებას. მათი გამოყენება შესაძლებელია მექანიკურად, ქიმიურად ან ლაზერით. ბოლო მეთოდი ყველაზე თანამედროვეა. მისი უპირატესობები სხვა მეთოდებთან შედარებით შემდეგია. იმის გამო, რომ არ არის პირდაპირი ზემოქმედება დასამუშავებელ ზედაპირზე, ნიმუშის ან წარწერის გამოყენების პროცესში ნივთის დაზიანება თითქმის შეუძლებელია. ლაზერის სხივი წვავს ძალიან არაღრმა ღარებს: ასეთი გრავირებით ზედაპირი გლუვი რჩება, რაც იმას ნიშნავს, რომ ნივთი არ არის დაზიანებული და დიდხანს გაძლებს. ლითონის შემთხვევაში ლაზერის სხივი ცვლის ნივთიერების სტრუქტურას და წარწერა მრავალი წლის განმავლობაში არ წაიშლება. თუ ნივთს ფრთხილად იყენებენ, არ ჩაეფლო მჟავაში და არ არის დეფორმირებული, მაშინ მასზე ნიმუში აუცილებლად შენარჩუნდება რამდენიმე თაობის განმავლობაში. უმჯობესია აირჩიოთ მყარი მდგომარეობის პულსირებული ლაზერი გრავირებისთვის ორი მიზეზის გამო: მყარი მდგომარეობის პროცესებიმართვა ადვილია და ოპტიმალურია სიმძლავრისა და ფასის თვალსაზრისით.

ინსტალაცია

არის გრავიურის სპეციალური პარამეტრები. ლაზერის გარდა, ისინი შედგება მექანიკური სახელმძღვანელოსგან, რომლითაც მოძრაობს ლაზერი, და საკონტროლო აღჭურვილობა (კომპიუტერი). ლაზერული მანქანა გამოიყენება ადამიანის საქმიანობის მრავალ დარგში. ზემოთ ვისაუბრეთ საყოფაცხოვრებო ნივთების გაფორმებაზე. პირადი დანაჩანგალი, სანთებელა, ჭიქები, საათები დიდხანს დარჩება ოჯახში და გაგახსენებთ ბედნიერ მომენტებს.

თუმცა არა მხოლოდ საყოფაცხოვრებო, არამედ სამრეწველო საქონელსაც სჭირდება ლაზერული გრავიურა. დიდი ქარხნები, როგორიცაა ავტომობილები, აწარმოებენ ნაწილებს უზარმაზარი რაოდენობით: ასობით ათასი ან მილიონი. თითოეული ასეთი ელემენტი უნდა იყოს მონიშნული - როდის და ვინ შექმნა იგი. ლაზერული გრავირებაზე უკეთესი გზა არ არსებობს: ნომრები, წარმოების დრო, მომსახურების ვადა დიდხანს დარჩება მოძრავ ნაწილებზეც კი, რისთვისაც გახეხვის რისკი იზრდება. ლაზერული მანქანა ამ შემთხვევაში უნდა გამოირჩეოდეს გაზრდილი სიმძლავრით, ასევე უსაფრთხოებით. ყოველივე ამის შემდეგ, თუ გრავიურა ცვლის ლითონის ნაწილის თვისებას თუნდაც პროცენტის ფრაქციაში, ის შეიძლება განსხვავებულად რეაგირებდეს გარე ზემოქმედებაზე. მაგალითად, შესვენება იმ ადგილას, სადაც არის წარწერა. თუმცა, საშინაო მოხმარებისთვის, უფრო მარტივი და იაფი ინსტალაცია შესაფერისია.