د لیزر تولید اصول

ولې موږ اړتیا لرو چې د لیزر اصولو پوه شو؟

د عام سیمیکمډکټر لیزرونو ، فایبرونو ، ډیسکونو ، او تر مینځ توپیرونو پوهیدلYAG لیزرهمدارنګه کولی شي د غوره پوهاوي ترلاسه کولو کې مرسته وکړي او د انتخاب پروسې په جریان کې په ډیرو بحثونو کې ښکیل شي.

مقاله په عمده ډول په مشهور ساینس تمرکز کوي: د لیزر نسل اصولو ته لنډه پیژندنه، د لیزرونو اصلي جوړښت، او د لیزرونو ډیری عام ډولونه.

لومړی، د لیزر تولید اصول

لیزر د رڼا او مادې تر مینځ د تعامل له لارې رامینځته کیږي چې د محرک وړانګو امپلیفیکیشن په نوم پیژندل کیږي. د محرک وړانګو پراخوالی درک کول د انشټاین د ناڅاپي اخراج، محرک جذب، او محرک وړ وړانګو، او همدارنګه ځینې اړین نظریاتي بنسټونو پوهیدلو ته اړتیا لري.

نظري اساس 1: د بوهر ماډل

د بوهر ماډل په عمده توګه د اتومونو داخلي جوړښت چمتو کوي، دا اسانه کوي چې پوه شي چې لیزرونه څنګه واقع کیږي. یو اتوم د نیوکلیوس څخه بهر د نیوکلیوس او الکترونونو څخه جوړ شوی دی، او د الکترون مدارونه په خپله خوښه نه دي. الکترون یوازې ځینې مدارونه لري، چې تر ټولو داخلي مدار یې د ځمکې حالت بلل کیږي. که یو الکترون د ځمکې په حالت کې وي، انرژي یې تر ټولو ټیټه ده. که چیرې یو الکترون له مدار څخه ووځي، دا د لومړي حوصلې حالت بلل کیږي، او د لومړي هڅول شوي حالت انرژي به د ځمکې له حالت څخه لوړه وي؛ بل مدار د دوهم حوصلې حالت بلل کیږي.

د لیزر لامل دا دی چې برقیان به په دې ماډل کې په مختلفو مدارونو کې حرکت وکړي. که الکترونونه انرژي جذب کړي، دوی کولی شي د ځمکې له حالت څخه د جوش حالت ته لاړ شي؛ که یو الکترون د حوصلې حالت څخه د ځمکې حالت ته راستون شي، دا به انرژي خوشې کړي، چې ډیری وختونه د لیزر په بڼه خوشې کیږي.

تیوریکي اساس 2: د آینسټین د محرک وړ وړانګو تیوري

په 1917 کې، آینسټین د محرک وړ وړانګو نظریه وړاندیز کړه، کوم چې د لیزرونو او لیزر تولید لپاره تیوریکي اساس دی: د مادې جذب یا اخراج په اصل کې د وړانګو د ساحې او هغه ذراتو ترمنځ د تعامل پایله ده چې ماده جوړوي، او د هغې اصلي. جوهر د انرژی د مختلفو کچو ترمنځ د ذراتو لیږد دی. د رڼا او مادې تر مینځ په تعامل کې درې مختلف پروسې شتون لري: په ناڅاپي ډول اخراج، محرک جذب، او محرک جذب. د یو سیسټم لپاره چې لوی شمیر ذرات لري، دا درې پروسې تل یوځای شتون لري او نږدې سره تړاو لري.

ناڅاپه اخراج:

لکه څنګه چې په انځور کې ښودل شوي: د لوړې انرژۍ کچې E2 یو الکترون په ناڅاپي ډول د ټیټې انرژۍ کچې E1 ته لیږدوي او د hv انرژي سره فوټون خارجوي، او hv=E2-E1؛ دا ناڅاپي او غیر اړونده لیږد پروسې ته spontaneous transition ویل کیږي، او د رڼا څپې چې د ناڅاپي لیږد په واسطه خپریږي د spontaneous radiation په نوم یادیږي.

د ناڅاپي اخراج ځانګړتیاوې: هر فوټون خپلواک دی، د مختلفو لارښوونو او مرحلو سره، او د پیښې وخت هم تصادفي دی. دا د غیر منظم او ګډوډ رڼا پورې اړه لري، کوم چې د لیزر لخوا اړین رڼا نه ده. له همدې امله، د لیزر تولید پروسې ته اړتیا ده چې دا ډول بې لارې رڼا کمه کړي. دا هم یو له هغه دلیلونو څخه دی چې ولې د مختلف لیزرونو موج اوږدوالی بې لارې رڼا لري. که په ښه توګه کنټرول شي، په لیزر کې د ناڅاپي اخراج تناسب له پامه غورځول کیدی شي. د لیزر خالص، لکه 1060 nm، دا ټول 1060 nm دی، دا ډول لیزر نسبتا مستحکم جذب اندازه او ځواک لري.

محرک جذب:

الیکترونونه په ټیټه انرژي کچه (ټيټ مدارونه) کې، د فوټون جذبولو وروسته، د انرژی لوړې کچې (لوړ مدارونو) ته لیږدول کیږي، او دې پروسې ته د محرک جذب ویل کیږي. محرک جذب خورا مهم دی او د پمپ کولو یو له مهمو پروسو څخه دی. د لیزر پمپ سرچینه د فوټون انرژي چمتو کوي ترڅو د لاسته راوړنې په مینځ کې ذرات لیږد ته رامینځته کړي او د انرژي په لوړه کچه د محرک وړانګو انتظار وکړي ، لیزر خارجوي.

محرک وړانګې:

کله چې د بهرنۍ انرژی (hv=E2-E1) د رڼا په واسطه شعاع کیږي، د لوړې انرژی په کچه الکترون د بهرنۍ فوټون په واسطه هڅول کیږي او د ټیټ انرژی کچې ته ځي (لوړ مدار ټیټ مدار ته ځي). په ورته وخت کې، دا یو فوټون خارجوي چې د بهرني فوټون سره ورته وي. دا پروسه د اصلي جوش رڼا جذب نه کوي، نو دلته به دوه ورته فوټونونه وي، کوم چې پوهیدل کیدی شي لکه څنګه چې الکترون د پخوانیو جذب شوي فوټون څخه ووځي، دا د لمریزیزم پروسې ته د محرک وړ وړانګو په نوم یادیږي، کوم چې د محرک جذب بیرته بهیر دی.

وروسته له دې چې نظریه روښانه شوه، د لیزر جوړول خورا ساده دي، لکه څنګه چې په پورتنۍ شکل کې ښودل شوي: د مادي ثبات په نورمال حالت کې، د الکترونونو لویه برخه د ځمکې په حالت کې وي، الکترونونه د ځمکې په حالت کې وي، او لیزر په ځمکه پورې اړه لري. محرک وړانګې له همدې امله، د لیزر جوړښت دا دی چې لومړی د محرک جذب ته اجازه ورکړي، الیکترونونه د انرژي لوړې کچې ته راوړي، او بیا د انرژی لوړې کچې الکترونونو ته د هڅولو سبب ګرځي چې د محرک وړانګو څخه تیریږي، فوټونونه خوشې کوي، له دې څخه، لیزر تولید کیدی شي. بیا، موږ به د لیزر جوړښت معرفي کړو.

د لیزر جوړښت:

د لیزر جوړښت د لیزر تولید شرایطو سره چې مخکې یې یادونه وشوه یو په یو سره سمون کړئ:

د پیښې حالت او ورته جوړښت:

1. د لاسته راوړنې یوه وسیله شتون لري چې د لیزر کاري منځني په توګه د لوړولو اغیز چمتو کوي، او د هغې فعال شوي ذرات د انرژی کچه جوړښت لري چې د محرک وړ وړانګو د تولید لپاره مناسب وي (په عمده توګه د دې توان لري چې د لوړې انرژۍ مدار ته الکترون پمپ کړي او د یوې ټاکلې مودې لپاره شتون ولري. ، او بیا د محرک وړانګو له لارې فوټونونه په یوه ساه کې خوشې کوي؛

2. یوه بهرنۍ د جوش سرچینه (د پمپ سرچینه) شتون لري چې کولی شي الکترونونه له ټیټې کچې څخه پورتنۍ کچې ته پمپ کړي چې د لیزر د پورتنۍ او ښکته کچې ترمینځ د ذرې شمیرې انعطاف لامل کیږي (د بیلګې په توګه ، کله چې د لوړې انرژي ذرات شتون ولري. د ټیټې انرژۍ ذرات)، لکه د Xenon څراغ په YAG لیزرونو کې؛

3. دلته یو ریزونینټ غار شتون لري چې کولی شي د لیزر اووسیلیشن ترلاسه کړي، د لیزر کاري موادو کاري اوږدوالی زیات کړي، د رڼا څپې حالت سکرین کړي، د بیم د تکثیر لوري کنټرول کړي، د محرک وړانګو فریکونسۍ په غوره توګه پراخه کړي ترڅو د مونوکرومیتیت ښه کړي (ډاډ ترلاسه کړي چې لیزر په یو ټاکلي انرژي تولیدیږي).

ورته جوړښت په پورتنۍ شکل کې ښودل شوی، کوم چې د YAG لیزر ساده جوړښت دی. نور جوړښتونه ممکن ډیر پیچلي وي، مګر اصلي دا دی. د لیزر تولید پروسه په انځور کې ښودل شوې:

د لیزر طبقه بندي: عموما د ګټې منځنۍ یا د لیزر انرژی په واسطه طبقه بندي کیږي

منځنۍ طبقه بندي ترلاسه کړئ:

د کاربن ډای اکسایډ لیزر: د کاربن ډای اکسایډ لیزر د لاسته راوړلو منځنۍ وسیله هیلیم او دهCO2 لیزر،د 10.6um لیزر طول موج سره، کوم چې یو له لومړنیو لیزر محصولاتو څخه دی چې په لاره اچول کیږي. لومړني لیزر ویلډینګ په عمده ډول د کاربن ډای اکسایډ لیزر پراساس و ، کوم چې اوس مهال په عمده توګه د غیر فلزي موادو (جامې ، پلاستیک ، لرګیو او نورو) ویلډینګ او پرې کولو لپاره کارول کیږي. سربیره پردې ، دا د لیتوګرافي ماشینونو کې هم کارول کیږي. د کاربن ډای اکسایډ لیزر د آپټیکل فایبرونو له لارې نشي لیږدول کیدی او د ځایی نظری لارو له لارې سفر کوي، لومړی تونګکوای نسبتا ښه ترسره شوی و، او د پرې کولو ډیری وسایل کارول شوي وو؛

YAG (yttrium المونیم ګارنټ) لیزر: د نیوډیمیم (Nd) یا yttrium (Yb) فلزي آیونونو سره ډپ شوي YAG کرسټالونه د لیزر ګیټ میډیم په توګه کارول کیږي ، د 1.06um د اخراج څپې سره. د YAG لیزر کولی شي لوړ نبض تولید کړي، مګر اوسط ځواک ټیټ دی، او لوړ ځواک کولی شي د منځنۍ بریښنا 15 ځله ته ورسیږي. که دا په عمده توګه د نبض لیزر وي، دوامداره تولید نشي ترلاسه کیدی؛ مګر دا د آپټیکل فایبرونو له لارې لیږدول کیدی شي، او په ورته وخت کې، د فلزي موادو د جذب کچه لوړیږي، او دا په لوړ انعکاس موادو کې پلي کیږي، لومړی په 3C ساحه کې پلي کیږي؛

د فایبر لیزر: په بازار کې اوسنی اصلي جریان د 1060nm طول موج سره د لاسته راوړنې منځنۍ په توګه ytterbium doped فایبر کاروي. دا نور په فایبر او ډیسک لیزرونو ویشل شوي د منځني شکل پراساس؛ فایبر آپټیک د IPG استازیتوب کوي، پداسې حال کې چې ډیسک د تونګکوای استازیتوب کوي.

د سیمیکمډکټر لیزر: د لاسته راوړنې منځنۍ برخه د سیمیکمډکټر PN جنکشن دی، او د سیمیکمډکټر لیزر موج اوږدوالی په عمده توګه په 976nm کې دی. اوس مهال، د سیمی کنډکټر نږدې انفراریډ لیزرونه په عمده توګه د کلاډینګ لپاره کارول کیږي، د 600um څخه پورته د رڼا ځایونو سره. لیزر لاین د سیمی کنډکټر لیزرونو نمایندګي تصدۍ ده.

د انرژی د عمل په بڼه طبقه بندی شوی: د نبض لیزر (PULSE)، نیم دوامداره لیزر (QCW)، دوامداره لیزر (CW)

د نبض لیزر: nanosecond، picosecond، femtosecond، دا د لوړې فریکونسۍ نبض لیزر (NS، د نبض عرض) اکثرا د لوړې کچې انرژی، لوړ فریکونسۍ (MHZ) پروسس کولی شي، د مسو او المونیم توپیر لرونکي موادو پروسس کولو لپاره کارول کیږي، او همدارنګه د ډیری پاکولو لپاره کارول کیږي. . د لوړې کچې انرژی په کارولو سره، دا کولی شي په چټکۍ سره د اساس مواد خړوب کړي، د ټیټ عمل وخت او کوچني تودوخې اغیزمن زون سره. دا د الټرا پتلي موادو پروسس کولو کې ګټې لري (لاندې 0.5mm)؛

نیم دوامداره لیزر (QCW): د لوړ تکرار نرخ او د ټیټ وظیفې دورې (د 50٪ څخه ښکته) له امله ، د نبض پلنوالید QCW لیزر50 us-50 ms ته رسي، د کیلوواټ کچې دوامداره فایبر لیزر او Q-switched نبض لیزر ترمنځ تشه ډکوي؛ د نیم دوامداره فایبر لیزر لوړ ځواک کولی شي د دوامداره حالت عملیاتو لاندې اوسط بریښنا 10 ځله ته ورسیږي. د QCW لیزرونه عموما دوه طریقې لري، یو یې په ټیټ بریښنا کې دوامداره ویلډینګ دی، او بل یې د اوسط بریښنا 10 چنده لوړ ځواک سره د نبض لیزر ویلډینګ دی، کوم چې کولی شي د تودوخې موادو او ډیر تودوخې ویلډینګ ترلاسه کړي، پداسې حال کې چې په دننه کې تودوخه کنټرولوي. خورا کوچنۍ لړۍ؛

دوامداره لیزر (CW): دا خورا عام کارول کیږي ، او په بازار کې لیدل شوي ډیری لیزرونه CW لیزرونه دي چې په دوامداره توګه د ویلډینګ پروسس لپاره لیزر تولیدوي. د فایبر لیزرونه د مختلف اصلي قطرونو او بیم ځانګړتیاو سره سم په واحد حالت او څو موډ لیزرونو ویشل شوي ، او د مختلف غوښتنلیک سناریوګانو سره تطابق کیدی شي.