โซลิดสเตตเลเซอร์: หลักการทำงาน การใช้งาน

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

บทความนี้แสดงที่มาของรังสีเอกรงค์และข้อดีของโซลิดสเตตเลเซอร์มีมากกว่าประเภทอื่นๆ มันบอกวิธีการสร้างรังสีที่สอดคล้องกัน เหตุใดอุปกรณ์พัลซิ่งจึงทรงพลังกว่า เหตุใดจึงต้องมีการแกะสลัก นอกจากนี้ยังกล่าวถึงองค์ประกอบสำคัญสามประการของเลเซอร์และวิธีการทำงาน

ทฤษฎีโซน

ก่อนที่จะพูดถึงวิธีการทำงานของเลเซอร์ (เช่น โซลิดสเตต) ควรพิจารณาแบบจำลองทางกายภาพบางตัว ทุกคนจำได้จากบทเรียนของโรงเรียนว่าอิเล็กตรอนอยู่รอบนิวเคลียสของอะตอมในบางวงโคจรหรือระดับพลังงาน หากเรามีอะตอมไม่เพียงอะตอมเดียว แต่มีจำนวนมาก นั่นคือเราพิจารณาร่างปริมาตรใดๆ ปัญหาหนึ่งก็เกิดขึ้น

ตามหลักการของเปาลี ในร่างกายที่ให้พลังงานเท่ากัน จะมีอิเล็กตรอนได้เพียงตัวเดียว ยิ่งกว่านั้นแม้แต่เม็ดทรายที่เล็กที่สุดก็มีอะตอมจำนวนมาก ในกรณีนี้ ธรรมชาติได้ค้นพบทางออกที่สง่างามมาก - พลังงานของแต่ละคนอิเล็กตรอนแตกต่างจากพลังงานข้างเคียงในปริมาณที่น้อยมากจนแทบแยกไม่ออก ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนทั้งหมดในระดับเดียวกันจะถูก "บีบอัด" เป็นแถบพลังงานเดียว โซนที่อิเล็กตรอนอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากที่สุดเรียกว่าโซนเวเลนซ์ โซนที่ตามมาจะมีพลังงานสูงกว่า ในนั้นอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่อย่างอิสระและเรียกว่าแถบการนำไฟฟ้า

การปล่อยและการดูดซึม

เลเซอร์ใดๆ (สถานะของแข็ง แก๊ส เคมี) ทำงานบนหลักการของการเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากโซนหนึ่งไปอีกโซนหนึ่ง หากแสงตกกระทบร่างกาย โฟตอนก็จะทำให้อิเล็กตรอนมีกำลังมากพอที่จะทำให้มันอยู่ในสถานะพลังงานที่สูงขึ้น และในทางกลับกัน เมื่ออิเล็กตรอนผ่านจากแถบการนำไปยังแถบเวเลนซ์ มันจะปล่อยโฟตอนหนึ่งตัว ถ้าสารเป็นสารกึ่งตัวนำหรือไดอิเล็กทริก วาเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้าจะถูกคั่นด้วยช่วงห่างซึ่งไม่มีระดับเดียว ดังนั้นจึงไม่สามารถมีอิเล็กตรอนได้ ช่วงเวลานี้เรียกว่าช่องว่างแถบ หากโฟตอนมีพลังงานเพียงพอ อิเล็กตรอนก็จะกระโดดข้ามช่วงเวลานี้

รุ่น

หลักการทำงานของเลเซอร์โซลิดสเตตขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าระดับผกผันที่เรียกว่าถูกสร้างขึ้นในช่องว่างแถบของสาร อายุการใช้งานของอิเล็กตรอนในระดับนี้ยาวนานกว่าเวลาที่ใช้ในแถบการนำไฟฟ้า ดังนั้นในช่วงเวลาหนึ่งจึงอยู่ที่อิเล็กตรอนจะ "สะสม" นี่เรียกว่าประชากรผกผัน เมื่อผ่านระดับดังกล่าวประอิเล็กตรอนซึ่งเป็นโฟตอนของความยาวคลื่นที่ต้องการส่งผ่านทำให้เกิดคลื่นแสงจำนวนมากที่มีความยาวและเฟสเท่ากัน กล่าวคือ อิเล็กตรอนในหิมะถล่มทั้งหมดจะเคลื่อนเข้าสู่สถานะพื้นดินพร้อมๆ กัน ทำให้เกิดลำแสงโฟตอนแบบเอกรงค์ที่มีกำลังสูงเพียงพอ ควรสังเกตว่าปัญหาหลักของนักพัฒนาเลเซอร์ตัวแรกคือการค้นหาสารผสมดังกล่าวซึ่งเป็นไปได้ที่ประชากรผกผันในระดับใดระดับหนึ่ง ทับทิมผสมกลายเป็นสารออกฤทธิ์ชนิดแรก

องค์ประกอบเลเซอร์

เลเซอร์โซลิดสเตตไม่แตกต่างจากประเภทอื่นในแง่ของส่วนประกอบหลัก ร่างกายที่ทำงานซึ่งดำเนินการประชากรผกผันของระดับใดระดับหนึ่งนั้นได้รับแสงสว่างจากแหล่งกำเนิดแสงบางส่วน เรียกว่าปั๊มนม. บ่อยครั้งอาจเป็นหลอดไส้ธรรมดาหรือท่อระบายแก๊ส ปลายสองด้านขนานกันของของไหลทำงาน (เลเซอร์โซลิดสเตตหมายถึงคริสตัล เลเซอร์แก๊สหมายถึงตัวกลางที่ผ่านการแรร์) ก่อให้เกิดระบบกระจกหรือเครื่องสะท้อนเสียงแบบออปติคัล มันรวบรวมโฟตอนที่ขนานไปกับทางออกเท่านั้นในลำแสง เลเซอร์โซลิดสเตตมักจะถูกปั๊มด้วยหลอดแฟลช

ประเภทของเลเซอร์โซลิดสเตต

เลเซอร์แบบต่อเนื่องและแบบพัลซิ่งขึ้นอยู่กับวิธีที่แสงเลเซอร์ออก แต่ละคนพบแอปพลิเคชันและมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง ข้อแตกต่างที่สำคัญคือเลเซอร์โซลิดสเตตแบบพัลซิ่งมีกำลังสูงกว่า เพราะทุกช็อตโฟตอนดูเหมือนจะ "สะสม" จากนั้นหนึ่งพัลส์สามารถส่งพลังงานได้มากกว่าการสร้างอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาเดียวกัน ยิ่งแรงกระตุ้นสั้นลงเท่าใด "การยิง" แต่ละครั้งก็จะยิ่งมีพลังมากขึ้น ในขณะนี้ มีความเป็นไปได้ทางเทคโนโลยีที่จะสร้างเลเซอร์เฟมโตวินาที หนึ่งในแรงกระตุ้นของมันกินเวลาประมาณ 10-15 วินาที การพึ่งพาอาศัยกันนี้เชื่อมโยงกับความจริงที่ว่ากระบวนการของประชากรกลับที่อธิบายข้างต้นมีน้อยมาก ยิ่งต้องรอนานก่อนที่เลเซอร์จะ "ยิง" อิเล็กตรอนจะมีเวลาออกจากระดับผกผันมากขึ้น ดังนั้นความเข้มข้นของโฟตอนและพลังงานของลำแสงเอาต์พุตจึงลดลง

แกะสลักด้วยเลเซอร์

ลวดลายบนพื้นผิวของโลหะและแก้วที่ประดับประดาชีวิตประจำวันของบุคคล สามารถใช้ได้ทั้งทางกลไก ทางเคมี หรือด้วยเลเซอร์ วิธีสุดท้ายคือวิธีที่ทันสมัยที่สุด ข้อดีของวิธีอื่นๆ มีดังนี้ เนื่องจากไม่มีผลกระทบโดยตรงต่อพื้นผิวที่จะรับการรักษา จึงแทบเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างความเสียหายให้กับสิ่งของในกระบวนการใช้ลวดลายหรือจารึก ลำแสงเลเซอร์จะเผาร่องที่ตื้นมาก: พื้นผิวที่มีการแกะสลักยังคงเรียบ ซึ่งหมายความว่าสิ่งนั้นจะไม่เสียหายและจะมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น ในกรณีของโลหะ ลำแสงเลเซอร์จะเปลี่ยนโครงสร้างของสาร และจะไม่ลบคำจารึกเป็นเวลาหลายปี หากใช้สิ่งของอย่างระมัดระวัง ไม่แช่ในกรดและไม่เสียรูป ลวดลายบนสิ่งนั้นจะคงอยู่ต่อไปหลายชั่วอายุคน ทางที่ดีควรเลือกเลเซอร์พัลซิ่งโซลิดสเตตสำหรับการแกะสลักด้วยเหตุผลสองประการ: กระบวนการโซลิดสเตตขับง่ายกว่าและเหมาะสมที่สุดในแง่ของกำลังและราคา

การติดตั้ง

มีการตั้งค่าพิเศษสำหรับการแกะสลัก นอกจากตัวเลเซอร์เองแล้ว ยังประกอบด้วยตัวนำทางแบบกลไกซึ่งเคลื่อนที่ด้วยเลเซอร์ และอุปกรณ์ควบคุม (คอมพิวเตอร์) เครื่องเลเซอร์ใช้ในกิจกรรมของมนุษย์หลายแขนง ข้างบนนี้ เราพูดถึงการตกแต่งของใช้ในบ้าน ช้อนส้อม ไฟแช็ค แว่นตา นาฬิกา จะอยู่ในครอบครัวเป็นเวลานานและจะเตือนคุณถึงช่วงเวลาที่มีความสุข

อย่างไรก็ตาม ไม่เพียงแต่ของใช้ในครัวเรือนเท่านั้น แต่สินค้าอุตสาหกรรมยังต้องแกะสลักด้วยเลเซอร์ โรงงานขนาดใหญ่ เช่น รถยนต์ ผลิตชิ้นส่วนในปริมาณมาก: หลายแสนหรือหลายล้าน แต่ละองค์ประกอบดังกล่าวควรถูกทำเครื่องหมาย - เมื่อใดและใครเป็นผู้สร้าง ไม่มีวิธีใดที่ดีไปกว่าการแกะสลักด้วยเลเซอร์: ตัวเลข เวลาในการผลิต อายุการใช้งานจะคงอยู่เป็นเวลานานแม้ในชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ซึ่งมีความเสี่ยงที่จะเกิดการเสียดสีเพิ่มขึ้น เครื่องเลเซอร์ในกรณีนี้ควรโดดเด่นด้วยกำลังที่เพิ่มขึ้นและความปลอดภัย อย่างไรก็ตาม หากการแกะสลักเปลี่ยนคุณสมบัติของชิ้นส่วนโลหะแม้เพียงเศษเสี้ยวของเปอร์เซ็นต์ ก็อาจตอบสนองต่ออิทธิพลภายนอกต่างไป ตัวอย่างเช่น ทำลายตรงจุดที่ใช้จารึก อย่างไรก็ตาม สำหรับใช้ในบ้าน การติดตั้งที่ง่ายกว่าและถูกกว่าก็เหมาะ