Lazer në gjendje të ngurtë: parimi i funksionimit, aplikimi

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-17 10:40

Ky artikull tregon se cilat janë burimet e rrezatimit monokromatik dhe çfarë avantazhesh ka një lazer në gjendje të ngurtë ndaj llojeve të tjera. Ai tregon se si ndodh gjenerimi i rrezatimit koherent, pse pajisja pulsuese është më e fuqishme, pse nevojitet gdhendja. Ai gjithashtu diskuton tre elementët thelbësorë të një lazeri dhe mënyrën se si funksionon ai.

Teoria e zonës

Para se të flasim për mënyrën se si funksionon një lazer (në gjendje të ngurtë, për shembull), duhet të merren parasysh disa modele fizike. Të gjithë kujtojnë nga mësimet e shkollës se elektronet ndodhen rreth bërthamës atomike në orbita të caktuara, ose nivele energjie. Nëse ne kemi në dispozicion jo një atom, por shumë, domethënë konsiderojmë çdo trup vëllimor, atëherë lind një vështirësi.

Sipas parimit Pauli, në një trup të caktuar me të njëjtën energji mund të ketë vetëm një elektron. Për më tepër, edhe kokrra më e vogël e rërës përmban një numër të madh atomesh. Në këtë rast, natyra ka gjetur një rrugëdalje shumë elegante - energjinë e secilitelektroni ndryshon nga energjia e atij fqinji me një sasi shumë të vogël, pothuajse të padallueshme. Në këtë rast, të gjitha elektronet e të njëjtit nivel "ngjeshen" në një brez energjie. Zona në të cilën ndodhen elektronet më të largëta nga bërthama quhet zona e valencës. Zona pas saj ka një energji më të lartë. Në të, elektronet lëvizin lirshëm dhe quhet brezi përcjellës.

Emetimi dhe absorbimi

Çdo lazer (në gjendje të ngurtë, gaz, kimik) punon në parimet e kalimit të elektroneve nga një zonë në tjetrën. Nëse drita bie mbi trup, atëherë fotoni i jep elektronit mjaftueshëm forcë për ta vendosur atë në një gjendje më të lartë energjie. Dhe anasjelltas: kur një elektron kalon nga brezi i përcjelljes në brezin e valencës, ai lëshon një foton. Nëse substanca është një gjysmëpërçues ose dielektrik, brezat e valencës dhe të përcjellshmërisë ndahen nga një interval në të cilin nuk ka një nivel të vetëm. Prandaj, elektronet nuk mund të jenë atje. Ky interval quhet hendeku i brezit. Nëse fotoni ka energji të mjaftueshme, atëherë elektronet kërcejnë mbi këtë interval.

Gjenerata

Parimi i funksionimit të një lazeri në gjendje të ngurtë bazohet në faktin se në hendekun e brezit të një substance krijohet një i ashtuquajtur nivel inversi. Jetëgjatësia e një elektroni në këtë nivel është më e gjatë se koha që kalon në brezin e përcjelljes. Kështu, në një periudhë të caktuar kohore, është mbi të që elektronet "akumulohen". Kjo quhet popullsi e kundërt. Kur kalon një nivel të tillë me pikaelektronet, kalon një foton i gjatësisë së valës së dëshiruar, ai shkakton gjenerimin e njëkohshëm të një numri të madh valësh të dritës me të njëjtën gjatësi dhe fazë. Kjo do të thotë, elektronet në një ortek kalojnë të gjithë në të njëjtën kohë në gjendjen bazë, duke gjeneruar një rreze fotonesh monokromatike të një fuqie mjaft të lartë. Duhet të theksohet se problemi kryesor i zhvilluesve të lazerit të parë ishte kërkimi i një kombinimi të tillë të substancave për të cilat do të ishte e mundur një popullsi e kundërt e njërit prej niveleve. Rubini i aliazhuar u bë substanca e parë e punës.

Përbërja lazer

Lazeri në gjendje të ngurtë nuk ndryshon nga llojet e tjera për sa i përket përbërësve të tij kryesorë. Trupi i punës, në të cilin kryhet popullsia e kundërt e njërit prej niveleve, ndriçohet nga një burim drite. Quhet pompim. Shpesh kjo mund të jetë një llambë e zakonshme inkandeshente ose një tub shkarkimi gazi. Dy skajet paralele të lëngut të punës (një lazer në gjendje të ngurtë do të thotë një kristal, një lazer me gaz do të thotë një mjedis i rrallë) formojnë një sistem pasqyrash ose një rezonator optik. Ai mbledh në një rreze vetëm ato fotone që shkojnë paralelisht me prizën. Lazerët në gjendje të ngurtë zakonisht pompohen me llamba flash.

Llojet e lazerëve në gjendje të ngurtë

Në varësi të mënyrës së daljes së rrezes lazer, dallohen laserët e vazhdueshëm dhe pulsues. Secila prej tyre gjen aplikim dhe ka karakteristikat e veta. Dallimi kryesor është se lazerët me pulsim të gjendjes së ngurtë kanë një fuqi më të lartë. Sepse për çdo goditjefotonet duket se "akumulohen", atëherë një puls është në gjendje të japë më shumë energji sesa gjenerimi i vazhdueshëm gjatë një periudhe të ngjashme kohore. Sa më i shkurtër të zgjasë impulsi, aq më i fuqishëm është çdo “goditje”. Për momentin, është teknologjikisht e mundur të ndërtohet një lazer femtosecond. Një nga impulset e tij zgjat rreth 10-15 sekonda. Kjo varësi lidhet me faktin se proceset e prapa-popullimit të përshkruara më sipër zgjasin shumë, shumë pak. Sa më shumë të duhet të presësh përpara se lazeri të "gjuaj", aq më shumë elektrone kanë kohë për të lënë nivelin e kundërt. Prandaj, përqendrimi i fotoneve dhe energjia e rrezes së daljes zvogëlohen.

Gdhendje me lazer

Modelet në sipërfaqen e gjërave prej metali dhe qelqi zbukurojnë jetën e përditshme të një personi. Ato mund të aplikohen mekanikisht, kimikisht ose me lazer. Metoda e fundit është më moderne. Përparësitë e tij ndaj metodave të tjera janë si më poshtë. Meqenëse nuk ka ndikim të drejtpërdrejtë në sipërfaqen që do të trajtohet, është pothuajse e pamundur të dëmtohet një gjë në procesin e aplikimit të një modeli ose mbishkrimi. Rrezja e lazerit djeg brazdat shumë të cekëta: sipërfaqja me një gdhendje të tillë mbetet e lëmuar, që do të thotë se sendi nuk dëmtohet dhe do të zgjasë më gjatë. Në rastin e metalit, rrezja lazer ndryshon vetë strukturën e substancës dhe mbishkrimi nuk do të fshihet për shumë vite. Nëse një gjë përdoret me kujdes, nuk zhytet në acid dhe nuk deformohet, atëherë modeli në të do të ruhet patjetër për disa breza. Është më mirë të zgjidhni një lazer pulsues në gjendje të ngurtë për gdhendje për dy arsye: proceset në gjendje të ngurtëmë e lehtë për të vozitur dhe është optimale për sa i përket fuqisë dhe çmimit.

Instalim

Ka cilësime të veçanta për gdhendje. Përveç vetë lazerit, ato përbëhen nga udhëzues mekanikë përgjatë të cilëve lëviz lazeri dhe pajisje kontrolli (kompjuter). Makina lazer përdoret në shumë degë të veprimtarisë njerëzore. Më lart, folëm për dekorimin e sendeve shtëpiake. Takëmet personale, çakmakët, gotat, orët do të qëndrojnë në familje për një kohë të gjatë dhe do t'ju kujtojnë momente të lumtura.

Megjithatë, jo vetëm mallrat shtëpiake, por edhe ato industriale kanë nevojë për gdhendje me lazer. Fabrikat e mëdha, të tilla si automobilat, prodhojnë pjesë në sasi të mëdha: qindra mijëra ose miliona. Çdo element i tillë duhet të shënohet - kur dhe kush e krijoi atë. Nuk ka mënyrë më të mirë se gdhendja me lazer: numrat, koha e prodhimit, jeta e shërbimit do të mbeten për një kohë të gjatë edhe në pjesët lëvizëse, për të cilat ka një rrezik të shtuar të gërryerjes. Makina lazer në këtë rast duhet të dallohet nga fuqia e rritur, si dhe siguria. Në fund të fundit, nëse gdhendja ndryshon vetinë e një pjese metalike edhe me një fraksion të përqindjes, ajo mund të reagojë ndryshe ndaj ndikimeve të jashtme. Për shembull, thyejeni në vendin ku aplikohet mbishkrimi. Megjithatë, për përdorim shtëpiak, një instalim më i thjeshtë dhe më i lirë është i përshtatshëm.