Лазерні технології – принцип роботи – основні види лазерів
Наразі 208 гостей та жодного зареєстрованого користувача на сайті
- Home /
- Лазерні технології /
- Лазерні технології – принцип роботи – основні види лазерів
Лазерні технології – принцип роботи – основні види лазерів
Лазером є світло, яке примусово перетворюється на спрямований потік випромінювання. Лазер давно перестав бути фантастикою; він може мати будь-який колір, і головне – спрямованість. Сьогодні лазер настільки ж природне явище, як мобільний зв'язок та високошвидкісний інтернет. У цій статті описані види лазерів та принципи їх роботи, які застосовуються для різання та гравіювання будь-якого матеріалу.
Що таке світло? Світло – це особлива форма матерії, що складається з «згустків», що називаються квантами. Вчинено будь-яку речовину, безсумнівно, складається з атомів, що поглинають кванти. Довжина хвилі (відповідно і колір) випромінювання визначається енергією його кванта. Але за відсутності додаткових умов атоми речовини абсолютно взаємодіють із частками квантів, оскільки атоми є за своєю природою однаковими, тому поглинають чи випромінюють кванти виключно конкретної довжини хвилі. Прикладом цієї взаємодії може бути газорозрядна лампа, однорідно заповнена неоном.
Сама наявність світла є вимушеною для атома участю в енергетичних переходах. Тому звідси відповідно і назва даних процесів – вимушене випромінювання тавимушене поглинання. Під час вимушеного поглинання чисельність квантів знижується, отже, і інтенсивність світла також знижується. Потрапивши у висвітлення кілька атомів, починає випромінювати велику кількість енергії, чим викликає вимушене поглинання. Таким чином, виникає лазерний ефект (так би мовити – посилення світла під впливом вимушеного випромінювання безлічі атомів).
У зв'язку з цим лазерна генерація виникає тільки в тій множині мікрочастинок, де безпосередньо кількість збуджених атомів вище від атома, що знаходиться в основному стані. Отже, звідси висновок: що це безліч необхідно попередньо підготувати, накачавши до нього енергію із зовнішнього джерела. Ця операція має однойменну назву - накачування.
Основна відмінність всіх видів/типів лазера саме – спосіб накачування. Накачуванням можуть бути: електричний струм; електричний розряд; електромагнітне випромінювання; пучок надзвичайно швидких (релятивістських) електронів; хімічна реакція у придатному для генерації середовищі. Отже, основні види лазерів.
Лазери газові (лазер СО2)
Тому в них застосовувалися різні технології та начинки, наприклад: квантові переходи нейтральних іонів, молекул, атомів, що мають у широкому діапазоні частоти від далекоїінфрачервоної та до ультрафіолетової частин спектру. Серед усіх відомих лазерів безперервної дії ближньої та видимої областей спектру, найбільшого поширення набув неоново-гелієвий лазер. Даний лазер є заповненою сумішшю з He і Ne газорозрядну трубку, яка укладена в оптичний резонатор.
У випромінюванні газового лазера дуже чітко проявляються властиві лазерному випромінюванню властивості - висока монохроматичність і спрямованість. Істотною перевагою і, звичайно ж, перевагою є їхня здатність функціонувати в безперервному режимі. Використання нових сучасних методів збудження відповідно і перехід до максимально високих тисків газу здатні досить різко помножити потужність газового лазера. За допомогою газового лазера припустимо подальше освоєння діапазонів рентгенівського та ультрафіолетового випромінювань, а також далекого інфрачервоного діапазону.
Напівпровідникові лазери
Напівпровідникові лазери дуже ефективні, коли вимоги до спрямованості та когерентності невеликі, проте потрібні високий ККД та малі габарити. Напівпровідникові лазери перевершують усі види/типи лазерів величиною ККД (коефіцієнт корисної дії) та щільністю енергії випромінювання.
Рідинний лазер
Рідкісний лазер - це лазер, для якого активною речовиною є рідина. Основна перевага таких лазерів: можливість здійснення циркуляції рідини з її охолодження. Цей процес дозволяє отримувати великі потужності випромінювання та енергії в безперервному та імпульсивному режимах.
У перших винайдених рідинних лазерах, як правило, використовувалися розчини рідкісноземельних хелатів. Але вони поки що не знайшли застосування недостатньої хімічної витривалості хелатів та малої кількості досяжної енергії. Рідинні лазери, які працюють на неорганічних активних розчинах при істотно, середній потужності, мають дуже великі імпульсивні енергії. При цьому дані лазери генерують випромінювання із досить вузьким спектром частот.
Рідинні лазери, що працюють на розчинах з органічних розчинів, також мають деякі особливості. Таким рідинним лазерам дозволяють працювати, причому з безперервною перебудовою довжини хвиль випромінювання у досить широкому діапазоні – широкі спектральні лінії люмінесценції. Шляхом заміни барвників, можливо, здійснити перекриття всієї видимої, а також частини інфрачервоної спектральної ділянки. Джерелом накачування для рідинних лазерів на барвниках здебільшого використовуються твердотільні лазери. Однак для деяких барвників за необхідності можна використовувати накачуваннявід імпульсних спеціальних газосвітніх ламп, які дають коротші насичені спалахи білого світла, ніж звичайні імпульсні лампи.
Твердотільні лазери
Твердотільні лазери на рубіні в порівнянні з неодимовими лазерами є найбільш потужними та імпульсними. Абсолютна енергія імпульсу генерації при тривалості імпульсу в 10-3 секунд досягає сотень Дж. Також можливо успішно виконати режим генерації імпульсів з досить великою частотою повторення аж до кількох КГц.
Сучасне виробництво сьогодні цілком успішно застосовує у виробництві різних товарів та досліджень усі вищевикладені лазерні технології. В даний час важко уявити якийсь величезний завод або велику приватну фабрику без використання лазерних технологій і завдяки цьому якість і кількість хорошої продукції постійно збільшується.