เลเซอร์โซลิดสเตต: หลักการทำงาน การใช้งาน

บทความนี้แสดงให้เห็นว่าแหล่งที่มาคืออะไรการแผ่รังสีเอกรงค์และข้อดีที่เลเซอร์โซลิดสเตตมีเหนือประเภทอื่นๆ มันบอกว่าการสร้างรังสีที่เชื่อมโยงกันเกิดขึ้นได้อย่างไร เหตุใดอุปกรณ์พัลซิ่งจึงทรงพลังกว่า เหตุใดจึงต้องมีการแกะสลัก นอกจากนี้ยังกล่าวถึงองค์ประกอบสำคัญสามประการของเลเซอร์และหลักการทำงานของเลเซอร์

ทฤษฎีโซน

ก่อนจะพูดถึงวิธีการทำงานของเลเซอร์(เช่น สถานะของแข็ง) ควรพิจารณาแบบจำลองทางกายภาพบางอย่าง ทุกคนจำได้จากบทเรียนในโรงเรียนว่าอิเล็กตรอนอยู่รอบนิวเคลียสของอะตอมในวงโคจรหรือระดับพลังงานที่แน่นอน หากเรามีไม่ใช่อะตอมเดียว แต่มีจำนวนมากนั่นคือเราพิจารณาวัตถุปริมาตรใด ๆ ก็จะเกิดปัญหาขึ้น

ตามหลักการของ Pauli ในร่างกายที่กำหนดด้วยหนึ่งและพลังงานเดียวกันสามารถเป็นอิเล็กตรอนได้เพียงตัวเดียว ยิ่งกว่านั้น แม้แต่เม็ดทรายที่เล็กที่สุดก็ยังมีอะตอมจำนวนมาก ในกรณีนี้ ธรรมชาติได้พบทางออกที่สวยงามมาก - พลังงานของอิเล็กตรอนแต่ละตัวแตกต่างจากพลังงานของอิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้เคียงด้วยจำนวนที่น้อยมากจนแทบแยกไม่ออก ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนทั้งหมดในระดับเดียวกันจะถูก "บีบอัด" ลงในแถบพลังงานเดียว โซนที่อิเล็กตรอนอยู่ห่างจากนิวเคลียสมากที่สุดเรียกว่าโซนวาเลนซ์ โซนถัดไปมีพลังงานสูงกว่า ในนั้นอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่อย่างอิสระและเรียกว่าแถบการนำไฟฟ้า

การปล่อยและการดูดซึม

เลเซอร์ใดๆ (ของแข็ง ก๊าซ สารเคมี)ทำงานบนหลักการของการเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากแถบหนึ่งไปยังอีกแถบหนึ่ง หากแสงตกลงบนร่างกาย โฟตอนจะให้อิเล็กตรอนที่มีกำลังมากพอที่จะทำให้มันอยู่ในสถานะพลังงานที่สูงขึ้น และในทางกลับกัน เมื่ออิเล็กตรอนผ่านจากแถบการนำไฟฟ้าไปยังแถบเวเลนซ์ มันจะปล่อยโฟตอนออกมาหนึ่งตัว ถ้าสารเป็นสารกึ่งตัวนำหรือไดอิเล็กตริก เวเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้าจะถูกคั่นด้วยช่วงที่ไม่มีระดับเดียว ดังนั้น อิเล็กตรอนจึงไม่สามารถอยู่ที่นั่นได้ ช่วงเวลานี้เรียกว่าช่องว่างแถบ หากโฟตอนมีพลังงานเพียงพอ อิเล็กตรอนจะกระโดดข้ามช่วงเวลานี้

เจนเนอเรชั่น

หลักการของการทำงานของเลเซอร์โซลิดสเตตนั้นมีพื้นฐานมาจากความจริงที่ว่าสิ่งที่เรียกว่าระดับผกผันนั้นถูกสร้างขึ้นในช่องว่างแถบของสาร อายุการใช้งานของอิเล็กตรอนในระดับนี้ยาวนานกว่าระยะเวลาที่ใช้ในแถบการนำไฟฟ้า ดังนั้นในช่วงเวลาหนึ่งอิเล็กตรอนจะ "สะสม" สิ่งนี้เรียกว่าประชากรผกผัน เมื่อโฟตอนของความยาวคลื่นที่ต้องการผ่านไปในระดับดังกล่าว ซึ่งอัดแน่นด้วยอิเล็กตรอน จะทำให้เกิดการสร้างคลื่นแสงจำนวนมากที่มีความยาวและเฟสเดียวกันพร้อมๆ กัน นั่นคือ อิเล็กตรอนในหิมะถล่มทั้งหมดผ่านเข้าสู่สถานะพื้นพร้อมกัน สร้างลำแสงโฟตอนสีเดียวที่มีกำลังสูงเพียงพอ ควรสังเกตว่าปัญหาหลักของผู้พัฒนาเลเซอร์ตัวแรกคือการค้นหาส่วนผสมของสารดังกล่าวซึ่งจะทำให้ประชากรผกผันของระดับใดระดับหนึ่งเป็นไปได้ ทับทิมเจือกลายเป็นสารทำงานตัวแรก

องค์ประกอบของเลเซอร์

เลเซอร์โซลิดสเตตโดยส่วนประกอบหลักไม่แตกต่างจากประเภทอื่นๆ ร่างกายทำงานซึ่งมีประชากรผกผันของระดับใดระดับหนึ่งถูกส่องสว่างด้วยแหล่งกำเนิดแสงบางส่วน เรียกว่าสูบฉีด บ่อยครั้งอาจเป็นหลอดไส้ธรรมดาหรือหลอดจ่ายแก๊ส ปลายทั้งสองขนานกันของของไหลทำงาน (เลเซอร์โซลิดสเตตหมายถึงคริสตัล เลเซอร์แก๊สหมายถึงตัวกลางที่หายาก) ก่อตัวเป็นระบบกระจกหรือตัวสะท้อนแสง มันรวบรวมเป็นลำแสงเฉพาะโฟตอนที่ขนานกับเต้าเสียบ เลเซอร์โซลิดสเตตมักจะถูกปั๊มโดยใช้ไฟแฟลช

ประเภทของเลเซอร์โซลิดสเตต

ขึ้นอยู่กับวิธีที่ลำแสงเลเซอร์ออกไปความแตกต่างเกิดขึ้นระหว่างเลเซอร์แบบต่อเนื่องและแบบพัลซิ่ง แต่ละคนพบแอปพลิเคชันและมีลักษณะเฉพาะของตนเอง ข้อแตกต่างที่สำคัญคือเลเซอร์โซลิดสเตตแบบพัลซิ่งมีกำลังสูงกว่า เนื่องจากในแต่ละช็อตโฟตอนดูเหมือนจะ "สะสม" หนึ่งพัลส์จึงสามารถส่งพลังงานได้มากกว่าการสร้างอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาที่ใกล้เคียงกัน ยิ่งแรงกระตุ้นสั้นลงเท่าใด "การยิง" แต่ละครั้งก็จะยิ่งมีพลังมากขึ้นเท่านั้น ในขณะนี้ มีความเป็นไปได้ทางเทคโนโลยีที่จะสร้างเฟมโตวินาทีเลเซอร์ แรงกระตุ้นอย่างหนึ่งมีอายุการใช้งานประมาณ 10^-15 วินาทีการพึ่งพานี้เชื่อมโยงกับข้อเท็จจริงที่ว่ากระบวนการของประชากรย้อนกลับที่อธิบายไว้ข้างต้นมีอายุการใช้งานน้อยมาก ยิ่งต้องรอนานก่อนที่เลเซอร์จะ "ยิง" อิเล็กตรอนจะมีเวลามากขึ้นในการออกจากระดับผกผัน ดังนั้นความเข้มข้นของโฟตอนและพลังงานของลำแสงที่ส่งออกจึงลดลง

แกะสลักด้วยเลเซอร์

ลวดลายบนผิวโลหะและกระจกสิ่งต่าง ๆ ตกแต่งชีวิตประจำวันของบุคคล สามารถใช้ได้ทั้งทางกลไก ทางเคมี หรือด้วยเลเซอร์ วิธีสุดท้ายคือวิธีที่ทันสมัยที่สุด ข้อดีเหนือวิธีอื่นๆ มีดังนี้ เนื่องจากไม่มีผลกระทบโดยตรงต่อพื้นผิวที่จะทำการรักษา จึงแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำให้สิ่งของเสียหายในกระบวนการลงลวดลายหรือจารึก ลำแสงเลเซอร์จะเผาไหม้ร่องที่ตื้นมาก: พื้นผิวที่มีการแกะสลักดังกล่าวยังคงเรียบเนียน ซึ่งหมายความว่าสิ่งของนั้นจะไม่เสียหายและจะอยู่ได้นานกว่า ในกรณีของโลหะ ลำแสงเลเซอร์จะเปลี่ยนโครงสร้างของสาร และคำจารึกจะไม่ถูกลบเป็นเวลาหลายปี หากสิ่งของถูกใช้งานอย่างระมัดระวัง ไม่แช่ในกรดและไม่ทำให้เสียรูป ลวดลายบนสิ่งของนั้นจะถูกรักษาไว้เป็นเวลาหลายชั่วอายุคนอย่างแน่นอน เป็นการดีที่สุดที่จะเลือกเลเซอร์พัลส์โซลิดสเตตสำหรับการแกะสลักด้วยเหตุผลสองประการ: กระบวนการในสถานะโซลิดจะควบคุมได้ง่ายกว่า และเหมาะสมที่สุดในแง่ของกำลังและราคา

การติดตั้ง

มีการตั้งค่าพิเศษสำหรับการแกะสลักนอกจากตัวเลเซอร์แล้ว ยังประกอบด้วยตัวนำทางเชิงกลซึ่งเลเซอร์เคลื่อนที่และอุปกรณ์ควบคุม (คอมพิวเตอร์) เครื่องเลเซอร์ใช้ในกิจกรรมของมนุษย์หลายสาขา ข้างต้นเราได้พูดถึงการตกแต่งของใช้ในบ้าน ช้อนส้อม, ไฟแช็ก, แว่นตา, นาฬิกาจะยังคงอยู่ในครอบครัวเป็นเวลานานและจะเตือนคุณถึงช่วงเวลาที่มีความสุข

อย่างไรก็ตามไม่เพียง แต่ในประเทศเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุตสาหกรรมด้วยสินค้าต้องการการแกะสลักด้วยเลเซอร์ โรงงานขนาดใหญ่ เช่น รถยนต์ ผลิตชิ้นส่วนในปริมาณมาก: หลายแสนหรือหลายล้านชิ้น ควรทำเครื่องหมายแต่ละองค์ประกอบดังกล่าว - เมื่อใดและใครเป็นผู้สร้าง ไม่มีวิธีใดที่ดีไปกว่าการแกะสลักด้วยเลเซอร์: ตัวเลข เวลาในการผลิต อายุการใช้งานจะคงอยู่เป็นเวลานานแม้บนชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว ซึ่งมีความเสี่ยงที่จะเกิดรอยขีดข่วนเพิ่มขึ้น เครื่องเลเซอร์ในกรณีนี้ควรมีความโดดเด่นด้วยพลังงานที่เพิ่มขึ้นรวมถึงความปลอดภัย ท้ายที่สุด หากการแกะสลักเปลี่ยนคุณสมบัติของชิ้นส่วนโลหะแม้เพียงเศษเสี้ยวของเปอร์เซ็นต์ ก็อาจตอบสนองต่ออิทธิพลภายนอกแตกต่างกันไป ตัวอย่างเช่น แตกที่ตำแหน่งที่ใช้จารึก อย่างไรก็ตามสำหรับใช้ในบ้านการติดตั้งที่ง่ายและถูกกว่านั้นเหมาะสม