ولې موږ د لیزرونو د اصل په اړه پوهیدو ته اړتیا لرو؟
د عامو سیمیکمډکټر لیزرونو، فایبرونو، ډیسکونو، او ترمنځ توپیرونو پوهیدلد YAG لیزرهمدارنګه کولی شي د غوره پوهې ترلاسه کولو او د انتخاب پروسې په جریان کې په ډیرو بحثونو کې د ښکیلتیا کې مرسته وکړي.
دا مقاله په عمده توګه په مشهور ساینس تمرکز کوي: د لیزر تولید اصل، د لیزرونو اصلي جوړښت، او د لیزرونو څو عام ډولونه لنډه پیژندنه.
لومړی، د لیزر تولید اصل
لیزر د رڼا او مادې ترمنځ د تعامل له لارې رامینځته کیږي، چې د محرک وړانګو تقویت په نوم پیژندل کیږي؛ د محرک وړانګو تقویت پوهیدل د انشټاین د ناڅاپي اخراج، محرک جذب، او محرک وړانګو مفکورو، او همدارنګه د ځینو اړینو تیوریکي بنسټونو پوهیدو ته اړتیا لري.
نظري اساس ۱: د بوهر ماډل
د بوهر ماډل په عمده توګه د اتومونو داخلي جوړښت چمتو کوي، چې دا اسانه کوي چې پوه شي چې لیزرونه څنګه پیښیږي. یو اتوم د نیوکلیوس او د نیوکلیوس څخه بهر الکترونونو څخه جوړ شوی دی، او د الکترونونو مدارونه خپل سري ندي. الکترونونه یوازې ځینې ځانګړي مدارونه لري، چې په منځ کې یې تر ټولو داخلي مدار د ځمکې حالت بلل کیږي؛ که چیرې یو الکترون د ځمکې په حالت کې وي، نو د هغې انرژي ترټولو ټیټه ده. که چیرې یو الکترون د مدار څخه ټوپ ووهي، نو دا د لومړي هڅول شوي حالت په نوم یادیږي، او د لومړي هڅول شوي حالت انرژي به د ځمکې حالت څخه لوړه وي؛ بل مدار د دوهم هڅول شوي حالت په نوم یادیږي؛
دلیل چې ولې لیزر واقع کیدی شي دا دی چې په دې ماډل کې الکترونونه به په مختلفو مدارونو کې حرکت وکړي. که الکترونونه انرژي جذب کړي، دوی کولی شي د ځمکې حالت څخه د جوش حالت ته حرکت وکړي؛ که چیرې یو الکترون د جوش حالت څخه د ځمکې حالت ته راستون شي، نو دا به انرژي خوشې کړي، کوم چې ډیری وختونه د لیزر په بڼه خوشې کیږي.
دوهم نظري اساس: د انشټاین د هڅول شوي وړانګو تیوري
په ۱۹۱۷ کال کې، انشټاین د هڅول شوي وړانګو تیوري وړاندې کړه، کوم چې د لیزرونو او لیزر تولید لپاره تیوريکي اساس دی: د مادې جذب یا اخراج په اصل کې د وړانګو ساحې او هغو ذراتو ترمنځ د تعامل پایله ده چې ماده جوړوي، او د هغې اصلي جوهر د مختلفو انرژۍ کچو ترمنځ د ذراتو لیږد دی. د رڼا او مادې ترمنځ تعامل کې درې مختلفې پروسې شتون لري: په خپلسري ډول اخراج، هڅول شوی اخراج، او هڅول شوی جذب. د هغه سیسټم لپاره چې ډیری ذرات لري، دا درې پروسې تل سره یوځای شتون لري او نږدې تړاو لري.
په خپله خوښه خپرېدل:
لکه څنګه چې په انځور کې ښودل شوي: یو الکترون چې د لوړې انرژۍ په کچه E2 دی په خپل سر د ټیټې انرژۍ کچې E1 ته لیږدوي او د hv انرژي سره یو فوټون خپروي، او hv=E2-E1؛ د لیږد دا ناڅاپي او غیر اړونده پروسه د ناڅاپي لیږد په نوم یادیږي، او د ناڅاپي لیږد په واسطه خپریدونکي رڼا څپې د ناڅاپي وړانګو په نوم یادیږي.
د ناڅاپي اخراج ځانګړتیاوې: هر فوټون خپلواک دی، مختلف لارښوونې او مرحلې لري، او د پیښې وخت هم ناڅاپي دی. دا د غیر متناسب او ګډوډ رڼا پورې اړه لري، کوم چې د لیزر لخوا اړین رڼا نه ده. له همدې امله، د لیزر تولید پروسه اړتیا لري چې د دې ډول بې لارې رڼا کمه کړي. دا هم یو له هغو دلیلونو څخه دی چې ولې د مختلفو لیزرونو طول موج بې لارې رڼا لري. که چیرې په ښه توګه کنټرول شي، په لیزر کې د ناڅاپي اخراج تناسب له پامه غورځول کیدی شي. لیزر څومره پاک وي، لکه 1060 nm، دا ټول 1060 nm دي، دا ډول لیزر نسبتا مستحکم جذب کچه او ځواک لري.
هڅول شوی جذب:
الکترونونه په ټیټه انرژي کچه (ټیټ اوربیټلونه) کې، د فوټونونو جذبولو وروسته، لوړې انرژۍ کچې (لوړ اوربیټلونه) ته لیږدول کیږي، او دې پروسې ته 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 ګټې په منځني کې ذرات لیږد ته اړ کړي او د لوړې انرژۍ کچې کې محرک وړانګو ته انتظار وکړي، لیزر خارجوي.
هڅول شوې وړانګې:
کله چې د بهرنۍ انرژۍ د رڼا لخوا شعاع شي (hv=E2-E1)، الکترون د لوړې انرژۍ په کچه د بهرني فوټون لخوا هڅول کیږي او د ټیټې انرژۍ کچې ته ټوپ کوي (لوړ مدار ټیټ مدار ته ځي). په ورته وخت کې، دا یو فوټون خارجوي چې په سمه توګه د بهرني فوټون سره ورته دی. دا پروسه د اصلي جوش رڼا نه جذبوي، نو دوه ورته فوټون به وي، کوم چې د الیکترون لخوا د مخکې جذب شوي فوټون تویولو په توګه پوهیدلی شي، د لمریز رڼا دا پروسه محرک وړانګې بلل کیږي، کوم چې د محرک جذب برعکس پروسه ده.
وروسته له دې چې تیوري روښانه شي، د لیزر جوړول خورا ساده دي، لکه څنګه چې په پورته شکل کې ښودل شوي: د موادو د ثبات په نورمال شرایطو کې، د الکترونونو لویه برخه په ځمکه حالت کې وي، الکترونونه په ځمکه حالت کې وي، او لیزر په محرک وړانګو پورې اړه لري. له همدې امله، د لیزر جوړښت دا دی چې لومړی محرک جذب ته اجازه ورکړي، الکترونونه د انرژۍ لوړې کچې ته راوړي، او بیا د هڅونې چمتو کول ترڅو د لوړې انرژۍ کچې الکترونونو لوی شمیر د محرک وړانګو څخه تیر شي، فوټونونه خوشې کړي، له دې څخه، لیزر تولید کیدی شي. بل، موږ به د لیزر جوړښت معرفي کړو.
د لیزر جوړښت:
د لیزر جوړښت د لیزر تولید شرایطو سره چې مخکې ذکر شوي یو په یو سره پرتله کړئ:
د رامنځته کېدو حالت او اړونده جوړښت:
۱. د لیزر کاري میډیم په توګه د ګټې اخیستنې یو منځنی شتون لري چې د امپلیفیکیشن اغیز چمتو کوي، او د هغې فعال شوي ذرات د انرژي کچې جوړښت لري چې د هڅول شوي وړانګو تولید لپاره مناسب دی (په عمده توګه د لوړ انرژي مدارونو ته د الکترونونو پمپ کولو توان لري او د یوې ټاکلې مودې لپاره شتون لري، او بیا د هڅول شوي وړانګو له لارې په یوه ساه کې فوټونونه خوشې کوي)؛
۲. د بهرنۍ هڅونې سرچینه (د پمپ سرچینه) شتون لري چې کولی شي الکترونونه له ټیټې کچې څخه لوړې کچې ته پمپ کړي، د لیزر د پورتنۍ او ښکته کچې ترمنځ د ذراتو شمیر انعطاف رامینځته کوي (یعنې، کله چې د ټیټې انرژۍ ذراتو په پرتله ډیر لوړ انرژي ذرات وي)، لکه د YAG لیزرونو کې د زینون څراغ؛
۳. یو ریزونینټ غار شتون لري چې کولی شي د لیزر رګونه ترلاسه کړي، د لیزر کاري موادو کاري اوږدوالی زیات کړي، د رڼا څپې حالت سکرین کړي، د بیم د تکثیر لوري کنټرول کړي، د مونوکروماتیت ښه کولو لپاره د هڅول شوي وړانګو فریکونسۍ په انتخابي ډول پراخه کړي (ډاډ ترلاسه کړي چې لیزر په یوه ټاکلې انرژي کې تولید شوی).
اړونده جوړښت په پورته شکل کې ښودل شوی، کوم چې د YAG لیزر یو ساده جوړښت دی. نور جوړښتونه ممکن ډیر پیچلي وي، مګر اصلي شی دا دی. د لیزر تولید پروسه په شکل کې ښودل شوې ده:
د لیزر طبقه بندي: عموما د ګټې منځني یا د لیزر انرژۍ بڼې له مخې طبقه بندي کیږي
منځنۍ طبقه بندي ترلاسه کړئ:
د کاربن ډای اکسایډ لیزر: د کاربن ډای اکسایډ لیزر د ګټې منځنی هیلیم دی اود CO2 لیزر،د لیزر طول موج 10.6um دی، کوم چې د لیزر محصولاتو څخه یو له لومړنیو څخه دی چې پیل شوی. د لیزر لومړنی ویلډینګ په عمده توګه د کاربن ډای اکسایډ لیزر پر بنسټ و، کوم چې اوس مهال په عمده توګه د ویلډینګ او غیر فلزي موادو (ټوکر، پلاستیک، لرګي، او نور) پرې کولو لپاره کارول کیږي. سربیره پردې، دا په لیتوګرافي ماشینونو کې هم کارول کیږي. د کاربن ډای اکسایډ لیزر د آپټیکل فایبرونو له لارې نشي لیږدول کیدی او د ځایي آپټیکل لارو له لارې سفر کوي، لومړنی ټونګکوای نسبتا ښه ترسره شوی و، او د پرې کولو ډیری تجهیزات کارول شوي وو؛
د YAG (ایټریوم المونیم ګارنټ) لیزر: د نیوډیمیم (Nd) یا ایټریوم (Yb) فلزي ایونونو سره ډوپ شوي YAG کرسټالونه د لیزر ګټې منځني په توګه کارول کیږي، د 1.06um د اخراج طول موج سره. د YAG لیزر کولی شي لوړ نبضونه تولید کړي، مګر اوسط بریښنا ټیټه ده، او اعظمي بریښنا کولی شي د اوسط بریښنا 15 ځله ته ورسیږي. که دا په عمده توګه د نبض لیزر وي، دوامداره محصول 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 د لوړ انعکاس موادو کې پلي کیږي، لومړی په 3C ساحه کې پلي کیږي؛
فایبر لیزر: په بازار کې اوسنی عامل د یټربیوم ډوپډ فایبر د ګټې منځنی په توګه کاروي، چې د طول موج یې ۱۰۶۰ نانومیټره دی. دا د منځنی شکل پر بنسټ په فایبر او ډیسک لیزرونو ویشل شوی دی؛ فایبر آپټیک IPG استازیتوب کوي، پداسې حال کې چې ډیسک د تونګکوای استازیتوب کوي.
د نیمهمکتریک لیزر: د ګټې منځنی د نیمهمکتریک PN جنکشن دی، او د نیمهمکتریک لیزر طوللمبايي په عمده توګه 976nm ده. اوس مهال، د نیمهمکتریک نږدې انفراریډ لیزرونه په عمده توګه د پوښلو لپاره کارول کیږي، د رڼا ځایونه د 600um څخه پورته دي. لیزر لاین د نیمهمکتریک لیزرونو استازی تصدۍ ده.
د انرژۍ د عمل د بڼې له مخې طبقه بندي شوي: نبض لیزر (PULSE)، نیمه دوامداره لیزر (QCW)، دوامداره لیزر (CW)
د نبض لیزر: نانو ثانیه، پیکوسیکنډ، فیمټو ثانیه، دا لوړ فریکونسي نبض لیزر (ns، د نبض پلنوالی) ډیری وختونه د لوړې څوکې انرژي، لوړ فریکونسي (MHZ) پروسس ترلاسه کولی شي، د پتلي مسو او المونیم مختلف موادو پروسس کولو لپاره کارول کیږي، او همدارنګه ډیری یې پاکوي. د لوړ څوکې انرژي په کارولو سره، دا کولی شي په چټکۍ سره د اساس مواد وخوري، د ټیټ عمل وخت او کوچني تودوخې اغیزمن زون سره. دا د الټرا پتلي موادو پروسس کولو کې ګټې لري (د 0.5 ملي میتر څخه ښکته)؛
نیمه دوامداره لیزر (QCW): د لوړ تکرار نرخ او ټیټ دندې دورې (له 50٪ څخه ښکته) له امله، د نبض پلنوالید QCW لیزرد کیلوواټ کچې دوامداره فایبر لیزر او Q-switched نبض لیزر ترمنځ تشه ډکوي، د نیمه دوامداره فایبر لیزر لوړ ځواک کولی شي د دوامداره حالت عملیاتو لاندې د اوسط بریښنا 10 ځله ته ورسیږي. QCW لیزرونه عموما دوه حالتونه لري، یو یې په ټیټ بریښنا کې دوامداره ویلډینګ دی، او بل یې د نبض شوي لیزر ویلډینګ دی چې د اوسط بریښنا 10 ځله لوړ ځواک لري، کوم چې کولی شي ضخامت لرونکي مواد او ډیر تودوخې ویلډینګ ترلاسه کړي، پداسې حال کې چې تودوخه په خورا کوچني حد کې کنټرولوي؛
دوامداره لیزر (CW): دا تر ټولو عام کارول کیږي، او ډیری لیزرونه چې په بازار کې لیدل کیږي د CW لیزرونه دي چې په دوامداره توګه د ویلډینګ پروسس کولو لپاره لیزر تولیدوي. فایبر لیزرونه د مختلف اصلي قطرونو او بیم ځانګړتیاو سره سم په واحد حالت او څو حالت لیزرونو ویشل شوي، او د مختلف غوښتنلیک سناریوګانو سره تطابق کیدی شي.
د پوسټ وخت: دسمبر-۲۰-۲۰۲۳
