Tento článek ukazuje, jaké jsou zdrojemonochromatické záření a jaké jsou výhody laseru v pevné fázi oproti jiným typům. Popisuje, jak dochází ke generování koherentního záření, proč je pulzní zařízení výkonnější a proč je třeba gravitovat. Popisuje také tři základní prvky laseru a jak to funguje.
Teorie zón
Než začnete mluvit o tom, jak laser funguje(například solidní), je třeba zvážit některé fyzikální modely. Ze školních hodin si každý pamatuje, že elektrony jsou umístěny kolem atomového jádra na určitých drahách nebo energetických úrovních. Pokud máme k dispozici ani jeden atom, ale mnoho, to znamená, uvažujeme jakékoli trojrozměrné tělo, pak vyvstane jeden problém.
Podle Pauliho principu, v daném těle s jedním astejnou energií může být pouze jeden elektron. Navíc i nejmenší zrnko písku obsahuje obrovské množství atomů. V tomto případě příroda našla velmi elegantní cestu ven - energie každého elektronu se liší od energie sousedního velmi malým, téměř nerozeznatelným množstvím. V tomto případě jsou všechny elektrony stejné úrovně „stlačeny“ do jedné energetické zóny. Zóna, ve které jsou umístěny elektrony nejdál od jádra, se nazývá valenční zóna. Zóna vedle ní má vyšší energii. V něm se elektrony volně pohybují a nazývá se dirigentské pásmo.
Emise a absorpce
Jakýkoli laser (pevný, plynný, chemický)pracuje na principech přenosu elektronů z jedné zóny do druhé. Pokud světlo dopadne na tělo, pak foton dává elektronu dostatečnou sílu, aby jej uvedl do stavu vyšší energie. A naopak: když elektron přechází z vodivého pásma do valenčního pásma, pak emituje jeden foton. Pokud je látka polovodič nebo dielektrikum, jsou valenční a vodivostní pásy odděleny intervalem, ve kterém není úroveň. V důsledku toho zde nemohou být elektrony. Tento interval se nazývá mezera pásma. Pokud má foton dostatečnou energii, elektrony přeskočí tento interval.
Generace
Princip činnosti polovodičového laseru je založen naskutečnost, že v zakázané zóně látky je vytvořena tzv. inverzní úroveň. Životnost elektronu na této úrovni je delší, než je čas ve vodivém pásmu. V určitém časovém období se tedy elektrony „hromadí“. Tomu se říká inverzní populace. Když foton s požadovanou vlnovou délkou prochází takovou hladinou posetou elektrony, způsobí současné generování velkého počtu světelných vln stejné délky a fáze. To znamená, že lavina elektronů všechny současně prochází do základního stavu a vytváří paprsek monochromatických fotonů o dostatečně vysoké energii. Je třeba poznamenat, že hlavním problémem vývojářů prvního laseru bylo hledání takové kombinace látek, pro které by byla možná obrácená populace jedné z úrovní. Doped rubín se stal první pracovní látkou.
Laserové složení
Polovodičový laser na hlavních součástech neníliší se od ostatních druhů. Pracovní těleso, ve kterém je prováděna inverzní populace jedné z úrovní, je osvětleno nějakým světelným zdrojem. Říká se tomu čerpání. Často se může jednat o běžnou žárovku nebo výbojku. Dva paralelní konce pracovního média (laser v pevném stavu znamená krystal, plyn - vzácné médium) tvoří systém zrcadel nebo optický rezonátor. Shromažďuje do paprsku pouze ty fotony, které běží paralelně s výstupním otvorem. Pevné lasery jsou obvykle čerpány pomocí zábleskových lamp.
Typy polovodičových laserů
V závislosti na metodě výstupu laserového paprskurozlišovat mezi spojitými a pulzními lasery. Každý z nich najde uplatnění a má své vlastní vlastnosti. Hlavní rozdíl spočívá v tom, že pulzní polovodičové lasery mají vyšší výkon. Protože pro každý výstřel se fotony „akumulují“, jak to bylo, jeden impuls je schopen produkovat více energie než nepřetržitá výroba za podobné časové období. Čím méně impuls trvá, tím silnější je každý „výstřel“. V současné době je technologicky možné vybudovat femtosekundový laser. Jeden z jeho impulsů trvá asi 10-15 sekundy.Tato závislost souvisí se skutečností, že výše popsané procesy reverzní populace trvají velmi, velmi málo. Čím déle trvá čekání, než laser „vystřelí“, tím více elektronů má čas opustit inverzní úroveň. V souladu s tím se snižuje koncentrace fotonů a energie výstupního paprsku.
Laserové gravírování
Vzory na povrchu kovu a sklavěci zdobí každodenní život člověka. Mohou být aplikovány mechanicky, chemicky nebo laserem. Poslední metoda je nejmodernější. Jeho výhody oproti jiným metodám jsou následující. Protože nedochází k přímému dopadu na ošetřovaný povrch, je téměř nemožné poškodit věc při aplikaci vzoru nebo nápisu. Laserový paprsek spálí velmi mělké drážky: povrch s takovým rytím zůstává hladký, což znamená, že věc není poškozena a vydrží déle. V případě kovu laserový paprsek mění samotnou strukturu látky a nápis nebude po mnoho let vymazán. Používáte-li věc opatrně, neponořujte ji do kyselin ani deformujte, pak po několik generací vzorec na ní určitě zůstane. Nejlepší je pro gravírování zvolit pulzní laser v pevné fázi ze dvou důvodů: procesy v pevné látce se snadněji řídí a je optimální z hlediska poměru výkon / cena.
Instalace
Pro gravírování existují speciální instalace.Kromě samotného laseru se skládají z mechanických vodítek, kterými se laser pohybuje, a ovládacího zařízení (počítače). Laserový stroj se používá v mnoha oblastech lidské činnosti. Nahoře jsme mluvili o zdobení domácích předmětů. Personalizované příbory, zapalovače, brýle, hodinky zůstanou v rodině dlouho a budou připomínat šťastné chvíle.
Nejen domácnosti, ale také průmyslovézboží vyžaduje laserové gravírování. Velké továrny, jako jsou automobily, vyrábějí díly ve velkém množství: stovky tisíc nebo miliony. Každý takový prvek musí být označen - kdy a kdo jej vytvořil. Neexistuje lepší způsob než laserové gravírování: čísla, doba výroby, životnost zůstanou po dlouhou dobu i na pohyblivých částech, u nichž se zvyšuje riziko oděru. V tomto případě musí být laserový stroj odlišen zvýšeným výkonem a bezpečností. Koneckonců, pokud gravírování změní vlastnost kovového dílu dokonce o zlomek procenta, může reagovat odlišně na vnější vlivy. Například zlomte v místě nápisu. Pro domácí použití je však vhodná jednodušší a levnější instalace.
