Qattiq holatdagi lazer: ishlash printsipi, qo'llanilishi

2024 Muallif: Howard Calhoun | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2023-12-17 10:44

Ushbu maqolada monoxromatik nurlanish manbalari va qattiq holatdagi lazerning boshqa turlardan qanday afzalliklari borligi koʻrsatilgan. U kogerent nurlanishning paydo bo'lishi qanday sodir bo'lishini, impulsli qurilma nima uchun kuchliroq ekanligini va nima uchun gravür qilish kerakligini aytadi. Shuningdek, u lazerning uchta asosiy elementi va uning qanday ishlashini muhokama qiladi.

Zona nazariyasi

Lazer (masalan, qattiq holat) qanday ishlashi haqida gapirishdan oldin, ba'zi jismoniy modellarni ko'rib chiqish kerak. Har bir inson maktab darslaridan elektronlar atom yadrosi atrofida ma'lum orbitalarda yoki energiya darajalarida joylashganligini eslaydi. Agar bizning ixtiyorimizda bitta atom emas, balki ko'p bo'lsa, ya'ni har qanday hajmli jismni ko'rib chiqsak, unda bitta qiyinchilik tug'iladi.

Pauli printsipiga ko'ra, bir xil energiyaga ega berilgan jismda faqat bitta elektron bo'lishi mumkin. Bundan tashqari, hatto eng kichik qum donasi ham juda ko'p atomlarni o'z ichiga oladi. Bunday holda, tabiat juda oqlangan yo'lni topdi - har birining energiyasielektron qo'shnining energiyasidan juda kichik, deyarli farqlanmaydigan miqdorda farq qiladi. Bunday holda, bir xil darajadagi barcha elektronlar bir energiya bandiga "siqiladi". Yadrodan eng uzoqda joylashgan elektronlar joylashgan zonaga valentlik zonasi deyiladi. Undan keyingi zona yuqori energiyaga ega. Unda elektronlar erkin harakatlanadi va u o'tkazuvchanlik zonasi deb ataladi.

Emissiya va yutilish

Har qanday lazer (qattiq holat, gaz, kimyoviy) elektronning bir zonadan ikkinchi zonaga oʻtish tamoyillari asosida ishlaydi. Agar yorug'lik tanaga tushsa, foton elektronga uni yuqori energiya holatiga qo'yish uchun etarli kuch beradi. Va aksincha: elektron o'tkazuvchanlik zonasidan valentlik zonasiga o'tganda, u bitta foton chiqaradi. Agar modda yarimo'tkazgich yoki dielektrik bo'lsa, valentlik va o'tkazuvchanlik zonalari bitta daraja bo'lmagan oraliq bilan ajratiladi. Shunga ko'ra, elektronlar u erda bo'lishi mumkin emas. Ushbu oraliq tarmoqli bo'shlig'i deb ataladi. Agar foton yetarli energiyaga ega boʻlsa, elektronlar bu oraliqdan sakrab oʻtadi.

Avlod

Qattiq holatdagi lazerning ishlash printsipi moddaning tarmoqli oralig'ida teskari daraja deb ataladigan narsaga asoslanadi. Ushbu darajadagi elektronning umri uning o'tkazuvchanlik zonasida o'tkazgan vaqtidan uzoqroqdir. Shunday qilib, ma'lum bir vaqt ichida elektronlar "to'planadi". Bunga teskari populyatsiya deyiladi. Bunday darajadan o'tganda nuqtaelektronlar, kerakli to'lqin uzunligidagi foton o'tadi, u bir vaqtning o'zida bir xil uzunlikdagi va fazadagi ko'p miqdordagi yorug'lik to'lqinlarining paydo bo'lishiga olib keladi. Ya'ni, ko'chkidagi elektronlar bir vaqtning o'zida asosiy holatga o'tib, etarlicha yuqori quvvatga ega monoxromatik fotonlar nurini hosil qiladi. Shuni ta'kidlash kerakki, birinchi lazerni ishlab chiquvchilarning asosiy muammosi - darajalardan birining teskari populyatsiyasi mumkin bo'lgan moddalarning bunday kombinatsiyasini izlash edi. Qotishtirilgan yoqut birinchi ishlaydigan moddaga aylandi.

Lazer tarkibi

Qattiq holatdagi lazer asosiy komponentlari jihatidan boshqa turlardan farq qilmaydi. Darajalar birining teskari populyatsiyasi amalga oshiriladigan ishchi organ ba'zi yorug'lik manbalari bilan yoritilgan. Bu nasos deb ataladi. Ko'pincha bu oddiy akkor chiroq yoki gaz chiqarish trubkasi bo'lishi mumkin. Ishchi suyuqlikning ikkita parallel uchi (qattiq holatdagi lazer - kristallni, gaz lazeri - noyob muhitni bildiradi) ko'zgular tizimini yoki optik rezonatorni tashkil qiladi. U nurga faqat chiqishga parallel bo'lgan fotonlarni to'playdi. Qattiq holatdagi lazerlar odatda flesh lampalar bilan pompalanadi.

Qattiq holatdagi lazerlarning turlari

Lazer nurlarining chiqishiga qarab, uzluksiz va impulsli lazerlar farqlanadi. Ularning har biri dasturni topadi va o'ziga xos xususiyatlarga ega. Asosiy farq shundaki, impulsli qattiq holatdagi lazerlar yuqori quvvatga ega. Chunki har bir zarba uchunfotonlar "yig'ilib" ko'rinadi, keyin bitta impuls shunga o'xshash vaqt davomida uzluksiz ishlab chiqarishdan ko'ra ko'proq energiya etkazib berishga qodir. Impuls qanchalik qisqa bo'lsa, har bir "otishma" shunchalik kuchliroq bo'ladi. Ayni paytda texnologik jihatdan femtosekundli lazerni yaratish mumkin. Uning impulslaridan biri taxminan 10-15 soniya davom etadi. Bu bog'liqlik yuqorida tavsiflangan orqa populyatsiya jarayonlari juda kam davom etishi bilan bog'liq. Lazer "otilmaguncha" qancha ko'p kutish kerak bo'lsa, shuncha ko'p elektronlar teskari sathdan chiqishga vaqt topadilar. Shunga ko'ra, fotonlarning konsentratsiyasi va chiqish nurining energiyasi kamayadi.

Lazerli oʻyma

Metal va shisha buyumlar yuzasidagi naqshlar insonning kundalik hayotini bezatadi. Ular mexanik, kimyoviy yoki lazer bilan qo'llanilishi mumkin. Oxirgi usul eng zamonaviy hisoblanadi. Uning boshqa usullarga nisbatan afzalliklari quyidagilardan iborat. Davolash qilinadigan sirtga to'g'ridan-to'g'ri ta'sir qilmaganligi sababli, naqsh yoki yozuvni qo'llash jarayonida biror narsaga zarar etkazish deyarli mumkin emas. Lazer nurlari juda sayoz yivlarni yoqib yuboradi: bunday o'yma bilan sirt silliq bo'lib qoladi, ya'ni narsa buzilmaydi va uzoqroq davom etadi. Metallga kelsak, lazer nurlari moddaning tuzilishini o'zgartiradi va yozuv ko'p yillar davomida o'chirilmaydi. Agar biror narsa ehtiyotkorlik bilan ishlatilsa, kislotaga botirilmasa va deformatsiya qilinmasa, unda bir necha avlodlar uchun naqsh saqlanib qoladi. Ikkita sababga ko'ra o'yma uchun qattiq holatda impulsli lazerni tanlash yaxshidir: qattiq holatdagi jarayonlarhaydash osonroq va u quvvat va narx jihatidan maqbuldir.

Oʻrnatish

Gravyura uchun maxsus sozlamalar mavjud. Lazerning o'ziga qo'shimcha ravishda ular lazer harakatlanadigan mexanik qo'llanmalar va boshqaruv uskunalari (kompyuter) dan iborat. Lazer mashinasi inson faoliyatining ko'plab sohalarida qo'llaniladi. Yuqorida biz uy-ro'zg'or buyumlarini bezash haqida gaplashdik. Shaxsiy pichoqlar, zajigalkalar, ko'zoynaklar, soatlar oilada uzoq vaqt qoladi va sizga baxtli onlarni eslatadi.

Ammo nafaqat maishiy, balki sanoat tovarlari ham lazerli oʻymakorlikka muhtoj. Yirik zavodlar, masalan, avtomobillar katta miqdorda ehtiyot qismlar ishlab chiqaradi: yuz minglab yoki millionlab. Har bir bunday element belgilanishi kerak - uni qachon va kim yaratgan. Lazerli gravyuradan ko'ra yaxshiroq yo'l yo'q: raqamlar, ishlab chiqarish vaqti, xizmat muddati hatto harakatlanuvchi qismlarda ham uzoq vaqt saqlanib qoladi, buning uchun aşınma xavfi ortadi. Bu holda lazer mashinasi kuchayganligi, shuningdek xavfsizligi bilan ajralib turishi kerak. Axir, agar o'yma metall qismning xususiyatini hatto foizning bir qismini o'zgartirsa, u tashqi ta'sirlarga boshqacha munosabatda bo'lishi mumkin. Misol uchun, yozuv qo'llaniladigan joyda sindirish. Biroq, uyda foydalanish uchun oddiyroq va arzonroq o'rnatish mos keladi.