Bərk vəziyyətdə olan lazer: iş prinsipi, tətbiqi

2024 Müəllif: Howard Calhoun | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2023-12-17 10:18

Bu məqalə monoxromatik şüalanma mənbələrinin nə olduğunu və bərk vəziyyətdə olan lazerin digər növlərə nisbətən hansı üstünlüklərə malik olduğunu göstərir. Koherent radiasiyanın yaranmasının necə baş verdiyini, nə üçün impuls cihazının daha güclü olduğunu, oyma nə üçün lazım olduğunu izah edir. O, həmçinin lazerin üç əsas elementini və onun necə işlədiyini müzakirə edir.

Zona nəzəriyyəsi

Lazerin (məsələn, bərk hal) necə işlədiyi barədə danışmazdan əvvəl bəzi fiziki modellər nəzərə alınmalıdır. Hər kəs məktəb dərslərindən xatırlayır ki, elektronlar müəyyən orbitlərdə və ya enerji səviyyələrində atom nüvəsinin ətrafında yerləşir. Əgər bizim ixtiyarımızda bir atom deyil, çoxlu, yəni istənilən həcmli cismi hesab ediriksə, onda bir çətinlik yaranır.

Pauli prinsipinə görə eyni enerjiyə malik verilmiş cisimdə yalnız bir elektron ola bilər. Üstəlik, ən kiçik qum dənələrində belə çoxlu sayda atom var. Bu vəziyyətdə təbiət çox zərif bir çıxış yolu tapdı - hər birinin enerjisielektron qonşunun enerjisindən çox kiçik, demək olar ki, fərqləndirilməz miqdarda fərqlənir. Bu halda, eyni səviyyəli bütün elektronlar bir enerji zolağına "sıxılır". Nüvədən ən uzaqda olan elektronların yerləşdiyi zonaya valentlik zonası deyilir. Ondan sonrakı zona daha yüksək enerjiyə malikdir. Onda elektronlar sərbəst hərəkət edir və bu keçiricilik zolağı adlanır.

Emissiya və udma

Hər hansı bir lazer (bərk hal, qaz, kimyəvi) elektronların bir zonadan digərinə keçidi prinsipləri əsasında işləyir. Əgər işıq bədənə düşərsə, foton elektrona onu daha yüksək enerji vəziyyətinə salmaq üçün kifayət qədər güc verir. Və əksinə: elektron keçiricilik zolağından valentlik zolağına keçəndə bir foton buraxır. Maddə yarımkeçirici və ya dielektrikdirsə, valentlik və keçiricilik zolaqları tək səviyyənin olmadığı bir intervalla ayrılır. Müvafiq olaraq, elektronlar orada ola bilməz. Bu interval band boşluğu adlanır. Əgər fotonun kifayət qədər enerjisi varsa, elektronlar bu intervalın üstündən sıçrayır.

Nəsil

Bərk vəziyyətdə olan lazerin işləmə prinsipi maddənin zolaq boşluğunda tərs səviyyə deyilən bir vəziyyətin yaranmasına əsaslanır. Bu səviyyədə bir elektronun ömrü keçiricilik zolağında keçirdiyi vaxtdan daha uzundur. Beləliklə, müəyyən bir müddətdə elektronlar "toplanır". Buna tərs populyasiya deyilir. Belə bir səviyyəni keçmiş zaman nöqtəlielektronlar, istənilən dalğa uzunluğunun bir fotonu keçir, eyni uzunluqda və eyni fazada çox sayda işıq dalğasının eyni vaxtda yaranmasına səbəb olur. Yəni, uçqundakı elektronların hamısı eyni vaxtda əsas vəziyyətə keçir və kifayət qədər yüksək gücə malik monoxromatik fotonlar şüası yaradır. Qeyd etmək lazımdır ki, ilk lazerin yaradıcılarının əsas problemi, səviyyələrdən birinin tərs populyasiyasının mümkün olacağı maddələrin belə birləşməsinin axtarışı idi. Alaşımlı yaqut ilk işləyən maddə oldu.

Lazer Tərkibi

Bərk vəziyyətdə olan lazer əsas komponentlərinə görə digər növlərdən fərqlənmir. Səviyyələrdən birinin tərs populyasiyasının həyata keçirildiyi işçi orqan bəzi işıq mənbəyi ilə işıqlandırılır. Buna nasos deyilir. Tez-tez bu adi bir közərmə lampası və ya qaz boş altma borusu ola bilər. İşçi mayenin iki paralel ucu (bərk vəziyyətdə olan lazer kristal, qaz lazeri nadirləşdirilmiş mühit deməkdir) güzgülər sistemini və ya optik rezonatoru təşkil edir. O, bir şüaya yalnız çıxışa paralel gedən fotonları toplayır. Bərk vəziyyətdə olan lazerlər adətən flaş lampalarla vurulur.

Bərk vəziyyətdə lazerlərin növləri

Lazer şüasının çıxma üsulundan asılı olaraq davamlı və impulslu lazerlər fərqlənir. Onların hər biri tətbiq tapır və öz xüsusiyyətlərinə malikdir. Əsas fərq impulslu bərk cisim lazerlərinin daha yüksək gücə malik olmasıdır. Çünki hər atış üçünfotonlar "toplanır" kimi görünür, onda bir nəbz oxşar müddət ərzində davamlı nəsildən daha çox enerji ötürməyə qadirdir. İmpuls nə qədər qısa davam edərsə, hər bir "atış" daha güclüdür. Hazırda texnoloji cəhətdən femtosaniyəlik lazer qurmaq mümkündür. Onun impulslarından biri təxminən 10-15 saniyə davam edir. Bu asılılıq onunla bağlıdır ki, yuxarıda təsvir olunan arxa populyasiya prosesləri çox, çox az davam edir. Lazerin "vuruşundan" əvvəl gözləmək nə qədər uzun sürərsə, bir o qədər çox elektron tərs səviyyəni tərk etməyə vaxt tapır. Müvafiq olaraq, fotonların konsentrasiyası və çıxış şüasının enerjisi azalır.

Lazer oyma

Metal və şüşə əşyaların səthindəki naxışlar insanın gündəlik həyatını bəzəyir. Onlar mexaniki, kimyəvi və ya lazerlə tətbiq oluna bilər. Sonuncu üsul ən müasirdir. Onun digər üsullarla müqayisədə üstünlükləri aşağıdakılardır. Müalicə ediləcək səthə birbaşa təsir olmadığı üçün naxış və ya yazı tətbiqi prosesində bir şeyə zərər vermək demək olar ki, mümkün deyil. Lazer şüası çox dayaz yivləri yandırır: belə bir oyma olan səth hamar qalır, yəni şey zədələnmir və daha uzun müddət davam edəcəkdir. Metal vəziyyətində, lazer şüası maddənin quruluşunu dəyişdirir və yazı uzun illər silinməyəcəkdir. Bir şey diqqətlə istifadə olunarsa, turşuya batırılmamış və deformasiya edilməmişsə, bir neçə nəsil üçün üzərindəki naxış mütləq qorunacaqdır. İki səbəbə görə həkk etmək üçün bərk dövlət impulslu lazer seçmək yaxşıdır: bərk cisim proseslərisürmək daha asandır və güc və qiymət baxımından optimaldır.

Quraşdırma

Qravüra üçün xüsusi parametrlər var. Lazerin özündən əlavə, onlar lazerin hərəkət etdiyi mexaniki bələdçilərdən və idarəetmə avadanlığından (kompüter) ibarətdir. Lazer maşını insan fəaliyyətinin bir çox sahələrində istifadə olunur. Yuxarıda ev əşyalarının bəzədilməsi haqqında danışdıq. Şəxsi bıçaqlar, alışqanlar, eynəklər, saatlar ailədə uzun müddət qalacaq və sizə xoşbəxt anları xatırladacaq.

Lakin nəinki məişət, həm də sənaye malları üçün lazer oyma lazımdır. Avtomobillər kimi böyük zavodlar böyük miqdarda hissələri istehsal edir: yüz minlərlə və ya milyonlarla. Hər bir belə element qeyd edilməlidir - onu nə vaxt və kim yaratmışdır. Lazer oymadan daha yaxşı bir yol yoxdur: nömrələr, istehsal müddəti, xidmət müddəti, aşınma riskinin artdığı hərəkətli hissələrdə belə uzun müddət qalacaq. Bu vəziyyətdə lazer maşını artan güc, eləcə də təhlükəsizlik ilə fərqlənməlidir. Axı, oyma metal hissənin xüsusiyyətini hətta faizin bir hissəsi ilə dəyişdirirsə, xarici təsirlərə fərqli reaksiya verə bilər. Məsələn, yazının tətbiq olunduğu yerdə qırın. Bununla belə, məişət istifadəsi üçün daha sadə və daha ucuz quraşdırma uyğundur.