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Laser fest: Funktionsprinzipien, Anwendung

Dieser Artikel zeigt, was die Quellen der monochromatische Strahlung sind und was die Vorteile eines Festkörperlasers gegenüber anderen Arten sind. Hier erfahren wir, wie es eine Erzeugung kohärenter Strahlung ist, warum Pulseinrichtung stärker, was benötigt wird, um Gravur. Es gibt auch drei erforderliches Laserelement betrachtet und wie es funktioniert.

Band Theorie

Bevor wir darüber, wie für den Betrieb des Lasers (Solid State, zum Beispiel) sprechen, sollten Sie einige der physikalischen Modells betrachten. erinnert man sich von dem Schulunterricht, dass die Elektronen um den Kern in bestimmten Bahnen oder Energieniveau angeordnet sind. Wenn uns zur Verfügung stehenden nicht ein Atom, und eine Menge, das heißt, wir alle dreidimensionalen Körper zu betrachten, ist es ein Problem.

Nach dem Pauli – Prinzip in diesem Körper mit einer und derselben Energie kann nur ein Elektron sein. So auch das kleinste Korn enthält eine große Anzahl von Atomen. die Energie jedes Elektronenenergie unterscheidet sich von einem neben einem sehr kleinen, fast nicht wahrnehmbaren Menge – Die Natur hat in diesem Fall sehr guten Abgang gefunden. In diesem Fall werden alle Elektronen eines Pegels von „gedrückt“ in einem einzigen Energieband. Ein Bereich, in dem am weitesten entfernt von dem Kern Elektronen befinden, genannt Valenz. Folgen Sie ihrem Bereich eine höhere Energie hat. Es Elektronen frei bewegen, und es wird das Leitungsband bezeichnet.

Emission und Absorption

Alle Laser (Festkörper-, Gas, chemischen) wirkt auf den Prinzipien der Elektronenübergang von einer Zone zur anderen. Wenn Ihr Körper des Licht ausgesetzt wird, gibt das Photon auf ein Elektron genug Leistung, um er in einem höheren Energiezustand war. Umgekehrt, wenn ein Elektron aus dem Leitungsband der Wertigkeit übertragen wird, emittiert es ein Photon. Wenn das Material ein Halbleiter oder ein Isolator ist, werden die Valenz und Leitungsband durch ein Intervall getrennt ist, in dem keine Ebene. Dementsprechend können Elektronen nicht da sein. Dieses Intervall wird die Bandlücke bezeichnet. Wenn das Photon genügend Energie hat, springen die Elektronen dieses Intervall überwinden.

Generation

Das Funktionsprinzip des Festkörperlasers wird basierend auf der Tatsache, dass die Substanz in der verbotenen Zone eine sogenannte invertierte Schicht erzeugt wird. Elektronenlebensdauer auf diesem Niveau ist höher als während seines Aufenthalts im Leitungsband. So „akkumulieren“ in einem bestimmten Zeitraum auf sie Elektronen. Dies wird Besetzungsinversion genannt. Wenn dieses Niveau durch die gepunkteten Elektronen, übergibt das Photon die gewünschte Wellenlänge, verursacht es die gleichzeitige Erzeugung einer großen Anzahl identischer Länge und die Phase der Lichtwellen. Das heißt, die Elektronen avalanche alle auf einmal in den Grundzustand, um einen Strahl monochromatischen Photonen ausreichend hohe Leistung zu erzeugen. Es sollte beachtet werden, dass das Hauptproblem der ersten Laser-Entwicklung eine solche Kombination von Substanzen, für die wäre möglich Besetzungsinversion von einer der Ebenen zu finden war. Der erste Arbeitsmedium legiertem Stahl Rubin.

Die Zusammensetzung des Lasers

Festkörperlaser auf die Hauptkomponenten unterscheidet sich von den anderen Spezies. Das Arbeitsfluid, bei dem die Populationsinversion von einem der Ebenen, die von einer Lichtquelle beleuchtet. Es wird Pumpen genannt. es kann oft eine normale Glühlampe oder eine Gasentladungsröhre sein. Zwei parallel verlaufende Ende des Arbeitsfluids (Festkörperlaserkristalls annimmt, Gas – eine Vakuumatmosphäre) bildet ein System von Spiegeln oder einen optischen Resonator. Es sammelt sich in dem Strahl nur diejenigen Photonen, die mit dem Auslass parallel sind. Gepumpten Festkörperlasern erfolgt typischerweise über Blitzlampen.

Arten von Festkörperlasern

Je nach dem Modus des Laserstrahlausgangs unterscheiden kontinuierlichen und gepulsten Laser. Jeder von ihnen wird verwendet, und hat seine eigene Charakteristik. Der Hauptunterschied – gepulsten Festkörperlaser hat eine höhere Kapazität. Da für jeden Schuss Photonen wie „stapeln“, ist das ein Impuls der Lage höher zu liefern Energie als kontinuierliche Oszillation für den gleichen Zeitraum. Je kleiner der Puls dauert, desto mächtiger jeden „Schuss“. Im Moment ist es technisch möglich , eine bauen Femtosekundenlaser. Eines seines Puls dauert etwa 10 bis 15 Sekunden. Eine solche Abhängigkeit wird mit der Tatsache zusammen, dass die Population der Umkehr oben beschriebenen Verfahren sehr sehr klein hält. Je länger die Notwendigkeit zu warten, bevor Sie „schießen“ Laser, desto mehr Elektronen Zeit haben, den invertierten Pegel zu verlassen. Dementsprechend wird die reduzierte Konzentration und Photonenenergie des Ausgangsstrahls.

Lasergravur

Muster auf der Oberfläche von Metall und Glas-Elemente schmücken eine tägliche Leben einer Person. Sie können mechanisch angewendet werden, chemisch oder durch Laser. Die letztere Methode ist die modernste. Seine Vorteile gegenüber anderen Verfahren wie folgt. Da eine direkte Auswirkung auf die Arbeitsfläche nicht vorhanden ist, ist es fast unmöglich, die Sache in den Prozess der Anwendung eines Musters oder Inschrift zu beschädigen. Der Laserstrahl brennt sehr flache Nut: Oberfläche mit den Resten eingraviert glatt und daher wird die Sache nicht beschädigt und wird länger dauern. Im Fall von Metall Laserstrahl ändert die Struktur der Materie, und die Worte werden seit vielen Jahren nicht verblassen. Wenn die Sache sorgfältig verwendet, tauchen Sie es nicht in Säure oder verformen, dann mehrere Generationen von Muster auf sie genau erhalten. Die Lasergravur ist am besten ein Festkörper- aus zwei Gründen Wechsel zu wählen: die Prozesse in Feststoffen sind leichter zu verwalten, und es ist optimal für das Verhältnis von Produktion und Preisen.

Installation

Gravieren, gibt es spezielle Installation. Neben dem direkten Laser, sie bestehen aus einer mechanischen Führung, in dem dem Laser bewegt, und Überwachungseinrichtungen (Computer). Laser-Maschine ist in vielen Bereichen der menschlichen Tätigkeit verwendet. Oben sprachen wir über alltägliche Gegenstände verzieren. Registrierte Besteck, Feuerzeuge, Gläser, Uhren für eine lange Zeit in der Familie bleiben und an die glücklichen Momente erinnert.

Doch nicht nur inländische, sondern auch Industriegüter erfordern Lasergravur. Großanlagen, wie Automobil, veröffentlichten Details von großen Zahlen: Hunderttausende oder Millionen. Jeder Einzelteil muss markiert werden – wann und wer es erstellt hat. Besserer Weg, als Lasergravur, nicht, Release-Zeit zu finden, wird die Lebensdauer lang sein, auch für die beweglichen Teile, wodurch das Risiko von Abrieb erhöht. Lasermaschine, in diesem Fall muß durch eine hohe Kapazität und Sicherheit charakterisiert werden. wenn die Gravur wenigstens ein Bruchteil eines Prozents Veränderung Schließlich können die Eigenschaften der Metallteile, kann es anders auf äußere Reize reagieren. Zum Beispiel kann ein Bruch in dem Punkt der Anwendung der Inschrift. Allerdings geeignet für den häuslichen Gebrauch einfacher und kostengünstiger Installation.