Laser sólida: princípios de funcionamento, aplicação

Este artigo mostra quais são as fontes de radiação monocromática e quais são as vantagens de um laser de estado sólido sobre outros tipos. Aqui nos é dito como há uma geração de radiação coerente, por dispositivo de pulso mais poderoso, o que é necessário gravura. Há também é considerada de três elementos laser necessária e como ele funciona.

teoria banda

Antes de falarmos sobre como operar o laser (estado sólido, por exemplo), você deve considerar alguns do modelo físico. De lições da escola se lembra que os elétrons ao redor do núcleo estão dispostos em órbitas específicas ou níveis de energia. Se à nossa disposição não um átomo, e um lote, ou seja, consideramos qualquer corpo tridimensional, há um problema.

De acordo com o princípio de Pauli, neste corpo com uma única e mesma energia pode ser apenas um elétron. Assim, mesmo a menor grão contém um grande número de átomos. A natureza tem encontrado neste caso saia muito graciosa – a energia de cada elétron de energia diferente de um lado de uma quantidade muito pequena, quase imperceptível. Neste caso, todos os elétrons de um nível de "pressionado" em uma banda de energia única. Uma área em que estão localizados mais distantes dos elétrons do núcleo, chamado de valência. Siga sua área tem uma energia mais elevada. Ele elétrons se movem livremente, e é chamado a banda de condução.

Emissão e absorção

Qualquer laser (de estado sólido, gás, química) trabalha-se nos princípios de transição de electrões a partir de uma zona para outra. Se o seu corpo é exposto à luz, o fóton de um elétron dá energia suficiente para ele estava em um estado de energia mais elevado. Por outro lado, quando um electrão é transferido a partir da banda de condução para a valência, ele emite um fotão. Se o material é um semicondutor ou um isolador, a valência e da banda de condução são separadas por um intervalo no qual nenhum nível. Consequentemente, os electrões não pode estar presente. Esse intervalo é chamado o gap. Se o fóton tem energia suficiente, os elétrons saltam superar esse intervalo.

geração

O princípio de funcionamento do laser de estado sólido é baseada no facto de que a substância na zona proibida é criada uma camada chamada invertido. vida Electron, a este nível é mais elevado do que durante a sua estada na banda de condução. Assim, em um determinado período de tempo com isso "acumular" elétrons. Isso é chamado de inversão de população. Quando este nível por electrões pontilhadas, o fotão passa o comprimento de onda desejado, ele faz com que a produção simultânea de um grande número de comprimento idêntico e fase das ondas luminosas. Isto é, os electrões são avalanche todos de uma vez para o estado fundamental, a geração de um feixe de fotões monocromáticos suficientemente alta potência. Note-se que o principal problema do primeiro desenvolvimento do laser era encontrar uma tal combinação de substâncias para as quais seria possível inversão de população de um dos níveis. O primeiro trabalho rubi ligas de aço médio.

A composição do laser

laser de estado sólido dos componentes principais é diferente das outras espécies. O fluido de trabalho, na qual a inversão de população de um dos níveis, iluminado por uma fonte de luz. Ele é chamado de bombeamento. que muitas vezes pode ser uma lâmpada incandescente normal ou um tubo de descarga de gás. Dois extremidade que se estende paralela do fluido de trabalho (cristal laser de estado sólido assume, gás – uma atmosfera de vácuo) formar um sistema de espelhos, ou um ressonador óptico. Ele recolhe no feixe apenas os fotões que são paralelas à saída. Bombeados lasers de estado sólido ocorre normalmente através de lâmpadas de flash.

Tipos de lasers de estado sólido

Dependendo do modo da saída de feixe de raios laser contínuos e distinguir os lasers pulsados. Cada um deles é usado e tem suas próprias características. A principal diferença – pulsadas lasers de estado sólido tem uma capacidade mais elevada. Como para cada fótons tiro como "acumulando", em seguida, um pulso é capaz de fornecer mais energia do que a oscilação contínua para o mesmo período de tempo. Quanto menor o pulso dura, o mais poderoso a cada "shot". No momento, é tecnologicamente possível construir um laser de femtosegundo. Um de seus pulso dura cerca de 10 ^-15 segundos. Esta dependência está relacionada com o facto da população dos processos inversos, tal como descrito acima dura muito, muito pequeno. Quanto mais tempo a necessidade de esperar antes de a laser "shoot", mais elétrons têm tempo para deixar o nível invertido. Por conseguinte, a concentração e fotão reduzida energia do feixe de saída.

gravação a laser

Os padrões na superfície de artigos de metal e vidro decorado com a vida diária de uma pessoa. Eles podem ser aplicados mecanicamente, quimicamente ou por laser. O último método é o mais moderno. Suas vantagens sobre outros métodos como segue. Desde um impacto direto sobre a superfície de trabalho não estiver presente, é quase impossível para prejudicar a coisa no processo de aplicação de um padrão ou inscrição. O queimaduras feixe de laser muito rasa sulco: Superfície gravado com os restos suave e, portanto, a coisa não está danificado e vai durar mais tempo. No caso do feixe de laser de metal muda a própria estrutura da matéria, e as palavras não vai desaparecer por muitos anos. Se a coisa usado com cuidado, não mergulhe-o em ácido ou deformar, em seguida, várias gerações de padrão sobre ele preservada com precisão. gravação a laser é melhor escolher um solid-state comutação por duas razões: os processos em sólidos são mais fáceis de gerenciar, e é ideal para a relação entre a produção e os preços.

instalação

Gravura, há instalação especial. Além direta do laser, eles consistem de um guia mecânica, em que se move a laser e equipamentos de monitorização (computador). máquina a laser é usado em muitos setores da atividade humana. Acima de nós falamos sobre decorar artigos diários. Registrado talheres, isqueiros, óculos, relógios por um longo tempo permanecerá na família e será lembrado de momentos felizes.

No entanto, não apenas bens domésticos, mas também industriais necessitam de gravação a laser. plantas grandes, como o automotivo, divulgou detalhes de grandes números: centenas de milhares ou milhões. Cada item deve ser marcada – quando e quem o criou. Melhor maneira do que gravação a laser, encontrar tempo não, liberação, a vida útil será longo, mesmo para as partes móveis, o que aumentou o risco de abrasão. máquina a laser, neste caso, deve ser caracterizada pela alta capacidade e segurança. Apesar de tudo, se a gravação pelo menos uma fracção de uma percentagem de alteração das propriedades das peças de metal, que pode reagir de forma diferente a estímulos externos. Por exemplo, uma quebra no ponto de aplicação da inscrição. No entanto, adequado para uso doméstico simples e de instalação mais barato.