การสร้างแสงเลเซอร์
การสร้างแสงเลเซอร์
ในตอนต้นของบทนี้ได้มีการชี้ให้เห็นแล้วว่า แสงเลเซอร์ประกอบด้วยแสงของความยาวคลื่น ที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ ซึ่งหมายความว่าด้วยการเปลี่ยนแปลง ที่กำหนดไว้อย่างดีของอะตอมไอออน หรือโมเลกุลแสงเลเซอร์ เกิดขึ้นจากสถานะพลังงานสูงขึ้น ไปเป็นพลังงานต่ำ เพื่อที่จะสร้างลำแสงเลเซอร์ต่อเนื่อง ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องนำอะตอมไอออนหรือโมเลกุล เข้าสู่สถานะที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำ และถูกกระตุ้น ดังนั้นเมื่อ กลับสู่สถานะเริ่มต้น (สถานะพื้น) หรือสภาวะที่ลดลงอย่างกระฉับกระเฉง แสงเลเซอร์ด้วยความยาวคลื่น ที่ต้องการจะถูกปล่อยออกมา เลเซอร์ที่เก่าแก่ที่สุดเลเซอร์ ruby ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้งานเลเซอร์ (คริสตัล Al2O3 ที่มี Cr ‘+ ไอออนฝังอยู่) จะถูกแปลงเป็นสีเขียว ด้วยความถี่ v1 และทำให้เกิดการกระตุ้น ด้วยการจัดหาพลังงาน AW1 หลังจากช่วงเวลาสั้น ๆ (10 วินาที)
อะตอมปล่อยพลังงาน AW2 ให้อยู่ในสถานะที่สามารถแพร่กระจายได้ พลังงาน AW2 ถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อนกับวัสดุเลเซอร์ หลังจากเวลาที่อยู่อาศัยประมาณ 1 มิลลิวินาทีอะตอม ในสถานะ metastable จะกลับสู่สถานะพื้น ในกรณีนี้แสงสีแดงของพลังงาน AW3 = h v3 จะถูกปล่อยออกมา หากแสงนี้กระทบไอออนความตื่นเต้นในวัสดุที่ใช้เลเซอร์ แสงนี้จะทำให้ไอออนถูกกระตุ้น เปลี่ยนกลับสู่สภาพพื้นดินโดยให้พลังงาน AW3 กระบวนการนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำ หรือกระตุ้นการปล่อย (รูปที่ 1.13) โดยการปั๊มกลับเข้าสู่สถานะตัวกลาง ที่แพร่กระจายอย่างต่อเนื่อง แล้วเหนี่ยวนำให้เกิดการปล่อยแสงเลเซอร์ ลำแสงเลเซอร์ต่อเนื่องจะถูกสร้างขึ้น ของอะตอมในสถานะพลังงาน I
โครงสร้างพื้นฐานของเลเซอร์โซลิดสเตต
รูปที่ 1.14 แสดงโครงสร้างพื้นฐานของเลเซอร์บน sers เนื่องจากกระจก ตั้งอยู่ที่ปลายสุดของวัสดุ เลเซอร์ส่วนหนึ่งของแสงเลเซอร์จึงสะท้อนกลับไปกลับมา ตัวอย่างเช่นน้ำมันทับทิม ซึ่งมีสถานะระดับกลางเพิ่มมากขึ้น ดังนั้นโฟตอนเพียงไม่กี่ตัว เท่านั้นที่เกิดขึ้นในช่วงการเปลี่ยนผ่านที่เกิดขึ้นเอง มีความเพียงพอที่จะเริ่มกระบวนการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ผลที่เกิดขึ้น ในทางกลับกันโฟตอนทำให้เกิดการเปลี่ยนใหม่ หมายความว่ากระบวนการนี้ดำเนินต่อไปเหมือนหิมะถล่ม โดยการไตร่ตรองหลายครั้ง ในกระจก กระบวนการนี้ได้รับการปรับปรุงเพิ่มเติม เนื่องจากระยะห่างระหว่างกระจกเงา เป็นความยาวคลื่นหลายเท่าของแสงเลเซอร์ คลื่นแสงยืนนิ่งจึงถูกสร้างขึ้นระหว่างกระจก ส่วนหนึ่งของแสงที่ต่อเนื่องกันนี้ เกือบจะขนานกันสามารถปล่อยให้การจัดวาง ผ่านกระจกกึ่งสังเคราะห์ที่ด้านหนึ่ง (รูปที่ 1.14) โครงสร้างพื้นฐานนี้เรียกว่าออพติคอลเรโซเนเตอร์ (optical resonator) ขึ้นอยู่กับเลเซอร์ทั้งหมด หลักสูตรนี้ขึ้นอยู่กับความเป็นไปได้ ในการกระตุ้นของเลเซอร์และเลเซอร์ชนิดต่าง ๆ ใน SO ต่อไปนี้
เลเซอร์อุตสาหกรรม
Nd: YAG laser
โครงสร้างพื้นฐานของ yttrium aluminium garnet laser มีลักษณะคล้ายกับ ruby laser (รูปที่ 1.14) ไอออน Y3 ที่ทำงานด้วยเลเซอร์และ Nd3 นั้นมีอยู่ที่ 0.5% ถึง 3.0% การเปลี่ยนผ่านเลเซอร์ เกิดขึ้นระหว่างสถานะการกระตุ้นสองสถานะ ตามคำที่แสดงด้านล่าง (รูปที่ 1.15) ในโหมดพัลซิ่ง วัสดุที่ใช้งานเลเซอร์ จะถูกปั๊มเข้าสู่สถานะที่เต็มไปด้วย พลังงานโดยใช้แสงแฟลช ด้วยการทำงานต่อเนื่องโดยใช้ โคมไฟโค้ง เพื่อที่จะฉายแสงวัสดุเลเซอร์ ที่ใช้งานอย่างสม่ำเสมอ หลอดไฟรูปทรงคัน ถูกจัดเรียงในเส้นโฟกัสของกระบอกรูปไข่ เพื่อให้แสงที่เล็ดลอดออกมาจากหลอดไฟ ถูกสะท้อนไปที่ผนังที่อยู่อาศัยที่เคลือบด้วยทองคำหรืออลูมิเนียม ) ช่วงกำลังยังคงใช้กับประสิทธิภาพส่วนใหญ่ในวิศวกรรมความแม่นยำ เลเซอร์โซลิดสเตตที่ใช้งานได้ในอุตสาหกรรม จำกัด อยู่ที่ 1.2 กิโลวัตต์ เลเซอร์ Nd: YAG
CO2 laser
เลเซอร์ CO2 เป็นเลเซอร์ก๊าซที่ทรงพลังมากซึ่งเป็นสาเหตุที่เลเซอร์ CO2 เรียกว่า “เลเซอร์อุตสาหกรรม”
การใช้งาน
การกระตุ้นของโมเลกุล CO2 เกิดขึ้นจากการชนกับอิเล็กตรอนและการชนกับโมเลกุล N2 (การชนแบบที่สองรูปที่ 1.18) ซึ่งตั้งอยู่ในก๊าซเลเซอร์และทำหน้าที่สำคัญในการจัดเก็บพลังงาน ความเข้มข้นของโมเลกุล N2 สามารถสูงกว่า 5 เท่าโดยกระบวนการชนกันในวัสดุที่ใช้เลเซอร์จะทำให้โมเลกุลของ CO2 เปลี่ยนเป็นสามโหมด (ตารางที่ 1.4) นอกจากนี้การสั่นสะเทือนทั้งสามโหมดยังสามารถเกิดขึ้นได้ในหลายระดับพลังงาน จะใหญ่เหมือนโมเลกุล CO2
รูปแบบการสั่นสะเทือน
X ที่ระบุไว้ในตัวย่อย่อมาจากระดับพลังงานในรูปแบบการสั่นตามลำดับ หากโมเลกุลดำเนินการสั่นสะเทือนแบบโค้งในขั้นตอนพลังงานขั้นแรกสถานะนี้จะถูกกำหนดไว้ที่ 010 ในสภาพพื้นดินโมเลกุลจะไม่แกว่งไปมา สถานะนี้จึงเป็น 000
ตารางที่ 1.4 รูปแบบการสั่นสะเทือนของโมเลกุล CO2
สำหรับโมเลกุล CO2 ในวัสดุเลเซอร์ที่ใช้งานได้คำว่าผลลัพธ์จากรูปที่ 1.17 ผล (เฉพาะพลังงานสั่นสะเทือนถูกนำมาพิจารณา) การเปลี่ยนแปลงเลเซอร์ที่ต้องการด้วยความยาวคลื่น 10.6 μm จึงเกิดขึ้นระหว่างสถานะความแตกตัว ครั้งแรกของการสั่นแบบไม่สมมาตร การสั่นสะเทือนครั้งแรกเรียกว่า 100 แทน ดังที่เห็นได้จากความยาวคลื่นการเปลี่ยนแปลงนี้อยู่ในช่วงอินฟราเรด ซึ่งหมายความว่าไม่สามารถมองเห็นรังสีที่เกิดขึ้นได้ แต่เหมาะสำหรับการประมวลผลวัสดุ เพื่อผสมตะกอนที่มีระดับต่ำกว่าเลเซอร์อย่างมีประสิทธิภาพ 100 การชนกับอะตอมของฮีเลียมทำให้โมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ไปถึงสถานะ การสั่นสะเทือนแบบโค้งงอ 010 และในที่สุดสถานะพื้นดิน 000 (รูปที่ 1.18)
สถานะ การสั่นสะเทือนของการออกแบบตามยาวสมมาตรก๊าซเลเซอร์เป็นแสงฮีเลียม
การกระตุ้นของโมเลกุลภายในหลอดก๊าซเกิดขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้าโลหะสองอันที่ปลายท่อ (รูปที่ 1.19a และ 1.19b) เนื่องจากภาระความร้อนสูงในระหว่างกระบวนการเลเซอร์วัสดุที่ใช้งานเลเซอร์ของระบบระบายความร้อนเลเซอร์ CO2 ที่มีประสิทธิภาพสูงการเปล่งแสงไฟฟ้าสู่ไดรฟ์จะต้องถูกทำให้เย็นลง รูปที่ 1.19 แสดงแนวคิดทางเทคนิคพื้นฐานสองประการของเลเซอร์ CO2
คุณสมบัติของแสงเลเซอร์
แสงเลเซอร์นั้นมีคุณสมบัติพิเศษหลายอย่าง ลำแสงของแสงเลเซอร์เกือบขนานกันซึ่งจะแตกต่างกันเล็กน้อย แสงเลเซอร์ประกอบด้วยแสงเพียงหนึ่งความยาวคลื่น (สอดคล้องกับสถานะพลังงานการเปลี่ยนแปลง) นั่นคือแสงเลเซอร์เป็นแสงหมอ การมุ่งเน้นไปที่กลุ่มแสงในจุดที่ให้ความหนาแน่นพลังงานสูงมาก ซึ่งหมายความว่าเมื่อใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มุ่งเน้นอุณหภูมิที่สูงมากสามารถทำได้บนพื้นผิวชิ้นงานเพื่อให้มุมของสถานะพลังงานลดลงเมื่อปริมาณแสงน้อยลงดังนั้นในกรณีของแสงเลเซอร์
คลื่นแสงนั้นมีทั้งแบบชั่วคราวและเชิงพื้นที่ มันติดตามว่าคลื่นแต่ละอันของกลุ่มแสงมีความสัมพันธ์เฟสเดียวกันและในช่วงเวลาที่แตกต่างกันในระยะทางเดียวกัน) และแกว่งที่จุดต่าง ๆ ไปยังรังสีเลเซอร์ใน “ขั้นตอนพร้อมเพรียงกัน” (รูปที่ 1.20) จุดเริ่มต้น (เวลาการรวมตัวชั่วคราว (การเชื่อมโยงเชิงพื้นที่)
ความเข้มของรังสีเหนือส่วนตัดขวางของลำแสงไม่คงที่ การกระจายความเข้มนี้เรียกว่าโหมด (รูปภาพ 1.21a และ 1.21b) การกระจายความเข้มและการกระจายพลังงานในลำแสงเลเซอร์จะกำหนดเขตของการประยุกต์ใช้เลเซอร์ รูปที่ 1.22 แสดงการกระจายพลังงานที่เป็นไปได้ต่อไปในลำแสงเลเซอร์ หากการกระจายพลังงานเป็นเครื่องหมายวรรคตอนลำแสงเลเซอร์เหมาะสำหรับการเชื่อมการแยกการเจาะ หากการกระจายพลังงานเรียบลำแสงนั้นเหมาะสำหรับการชุบแข็งและบัดกรีโดยทั่วไปเพื่อให้ความร้อน
