Principium Generationis Laser

Cur principium laserum scire debemus?

Cognoscens differentias inter laseres semiconductores communes, fibras, discos, et...Laser YAGetiam adiuvare potest ad meliorem intellectum acquirendum et in pluribus disputationibus participandum per processum selectionis.

Articulus imprimis in scientia populari versatur: brevis introductio ad principium generationis laseris, structuram principalem laserum, et genera laserum communia complura.

Primo, principium generationis laseris

Laser generatur per interactionem inter lucem et materiam, quae amplificatio radiationis stimulatae appellatur; ad amplificationem radiationis stimulatae intellegendam, necesse est notiones Einsteinianas de emissione spontanea, absorptione stimulata, et radiatione stimulata intellegere, necnon nonnulla fundamenta theoretica necessaria.

Fundamentum Theoreticum 1: Modellum Bohrianum

Modellum Bohrianum structuram internam atomorum praecipue praebet, quo facilius intellegitur quomodo laseres fiunt. Atomus ex nucleo et electronibus extra nucleum constat, et orbitales electronum non sunt arbitrarii. Electrona tantum certos orbitales habent, inter quos orbitalis intimus status fundamentalis appellatur; si electron in statu fundamentali est, energia eius infima est. Si electron ex orbita exsilit, primus status excitatus appellatur, et energia primi status excitati maior erit quam energia status fundamentalis; alia orbita secundus status excitatus appellatur;

Causa cur laser oriri possit est quia electrones in orbitis diversis in hoc exemplo movebuntur. Si electrones energiam absorbent, a statu fundamentali ad statum excitatum currere possunt; si electron a statu excitato ad statum fundamentalem revertitur, energiam emittet, quae saepe in forma laseris emittitur.

Fundamentum Theoreticum II: Theoria Radiationis Stimulatae Einsteiniana

Anno MCMXVII, Einstein theoriam radiationis stimulatae proposuit, quae fundamentum theoreticum laserum et productionis laserum est: absorptio sive emissio materiae essentialiter est effectus interactionis inter campum radiationis et particulas quae materiam constituunt, et eius essentia principalis est transitus particularum inter diversos gradus energiae. Tres processus diversi sunt in interactione inter lucem et materiam: emissio spontanea, emissio stimulata, et absorptio stimulata. Pro systemate continente magnum numerum particularum, hi tres processus semper coexistunt et arcte inter se conexi sunt.

Emissio spontanea:

Ut in figura demonstratur: electron in gradu altae energiae E2 sponte ad gradum humilis energiae E1 transit et photonem cum energia hv emittit, et hv = E2 - E1; Hic processus transitionis spontaneus et non relatus transitio spontanea appellatur, et undae lucis a transitionibus spontaneis emissae radiatio spontanea appellantur.

Proprietates emissionis spontaneae: Quisque photon sui iuris est, cum directionibus et phasibus diversis, et tempus apparitionis etiam aleatorium est. Ad lucem incoherentem et chaoticam pertinet, quae non est lux quam laser requirit. Ergo, processus generationis laseris hoc genus lucis erraticae reducere debet. Haec etiam una ex causis est cur longitudo undae variorum laserium lucem erraticam habeat. Si bene moderatur, proportio emissionis spontaneae in lasere neglegi potest. Quo purior laser, ut 1060 nm, totus 1060 nm est. Hoc genus laseris ratam absorptionis et potentiam relative stabilem habet.

Absorptio stimulata:

Electrona in gradibus energiae humilis (orbitalibus humilibus), post absorptionem photonum, ad gradus energiae altiores (orbitalibus altis) transeunt, et hic processus absorptio stimulata appellatur. Absorptio stimulata maximi momenti est et unus e processibus pumpandi clavis. Fons pumpandi laseris energiam photonicam praebet ut particulae in medio amplificationis transeant et radiationem stimulatam in gradibus energiae altioribus exspectent, laserem emittantes.

Radiatio stimulata:

Cum lumine energiae externae (hv = E2 - E1) irradiatur, electron in gradu energiae altae a photone externo excitatur et ad gradum energiae humilis salit (orbita alta ad orbitam humilem currit). Simul photonem emittit qui prorsus idem est ac photone externus. Hic processus lucem excitationis originalem non absorbet, ergo duo photona identica erunt, quod intelligi potest quasi electron photonem antea absorptum emittat. Hic processus luminescentiae radiatio stimulata appellatur, quae est processus inversus absorptionis stimulatae.

Postquam theoria clara est, facillimum est laserem construere, ut in figura supra demonstratur: sub condicionibus normalibus stabilitatis materiae, maxima pars electronum in statu fundamentali est, electrones in statu fundamentali, et laser a radiatione stimulata dependet. Ergo, structura laseris est ut primum absorptionem stimulatam fiat, electrones ad gradum energiae altum adducens, deinde excitationem praebens quae magnum numerum electronum gradus energiae altioris radiationem stimulatam subeat, photones liberans. Ex hoc, laser generari potest. Deinde, structuram laseris introducemus.

Structura laseris:

Structuram laseris cum condicionibus generationis laseris antea dictis singillatim coniunge:

Conditio eventus et structura correspondens:

1. Medium amplificationis adest quod effectum amplificationis praebet ut medium operandi laseris, et particulae eius activatae structuram gradus energiae habent aptam ad radiationem stimulatam generandam (praesertim capaces electrones ad orbitales altae energiae pumpandi et per certum tempus existere, deinde photona uno spiritu per radiationem stimulatam emittere);

2. Est fons excitationis externus (fons antliae) qui electrones ab inferiore gradu ad superius impulsare potest, inversionem numeri particularum inter gradus superiores et inferiores laseris efficiens (id est, cum plures particulae altae energiae quam particulae humilis energiae sunt), ut lampas xenon in laseribus YAG;

3. Est cavitas resonans quae oscillationem laseris assequi, longitudinem operandi materiae laseris augere, modum undae lucis obscurare, directionem propagationis fasciculi moderari, frequentiam radiationis stimulatae selective amplificare potest ad monochromaticitatem emendandam (curando ut laser certa energia emittatur).

Structura correspondens in figura supra monstratur, quae structuram simplicem laseris YAG repraesentat. Aliae structurae fortasse complexiores sunt, sed nucleus hic est. Processus generationis laseris in figura monstratur:

Classificatio laseris: plerumque secundum medium amplificationis vel formam energiae laseris classificatur.

Classificatio media acquirendi:

Laser dioxidi carbonisMedium amplificationis laseris dioxidi carbonis est helium etLaser CO2Cum longitudine undae laseris 10.6 µm, quae inter prima producta laseris in mercatum venit est. Prima soldadura laseris imprimis in lasere dioxido carbonii fundata est, qui nunc praecipue ad materias non metallicas (textilia, plastica, lignum, etc.) soldaduram et secandum adhibetur. Praeterea, etiam in machinis lithographicis adhibetur. Laser dioxidi carbonii per fibras opticas transmitti non potest et per vias opticas spatiales iter facit. Prima Tongkuai relative bene facta est, et multa instrumenta secandi adhibita sunt;

Laser YAG (yttrium aluminii granatum): Crystalli YAG ionibus metallicis neodymii (Nd) vel yttrii (Yb) imbuti ut medium amplificationis laseris adhibentur, longitudine undae emissionis 1.06 µm. Laser YAG impulsus maiores emittere potest, sed potentia media humilis est, et potentia maxima quindecim vicibus maiorem potentiam mediam attingere potest. Si praecipue laser pulsatilis est, emissio continua non potest obtineri; sed per fibras opticas transmitti potest, et simul, ratio absorptionis materiarum metallicarum augetur, et in materiis altae reflectivitatis adhiberi incipit, primum in campo 3C adhibitum.

Laser fibrae: Mercatus hodie vulgus fibram ytterbio imbutam ut medium amplificationis adhibet, longitudine undae 1060nm. Porro in laseres fibrae et discoidales dividitur secundum formam medii; fibra optica IPG repraesentat, discus autem Tongkuai.

Laser semiconductor: Medium amplificationis est iunctura PN semiconductoris, et longitudo undae laseris semiconductoris plerumque 976 nm est. Hodie, laseres semiconductores prope infrarubri imprimis ad obtegumentum adhibentur, cum maculis lucis supra 600 µm. Laserline est societas repraesentativa laserum semiconductorum.

Classificati secundum formam actionis energiae: laser pulsatilis (PULSE), laser quasi continuus (QCW), laser continuus (CW)

Laser pulsatilis: nanosecundum, picosecundum, femtosecundum, hic laser pulsatilis altae frequentiae (ns, latitudo pulsatilis) saepe magnam energiam culminis, altam frequentiam (MHZ) tractationem consequi potest, ad tenues materias cupri et aluminii dissimiles tractandas, necnon plerumque purgandas adhibetur. Magna energia culminis utens, materiam basicam celeriter liquefacere potest, cum tempore actionis brevi et zona calore affecta parva. Commoda habet in tractandis materiis tenuissimis (infra 0.5mm);

Laser quasi continuus (QCW): Propter frequentiam repetitionis magnam et cyclum officii brevem (infra 50%), latitudo impulsus...Laser QCWAttingit 50 µs-50 ms, implens intervallum inter laser fibrae continuae kilowatt gradus et laser pulsatile Q-commutatum; potentia maxima laser fibrae quasi continuae potest attingere decies potentiam mediam sub operatione modi continui. Lasera QCW plerumque duos modos habent, unum est soldadura continua ad potentiam humilem, et alterum est soldadura laser pulsatilis cum potentia maxima decies potentia media, quae crassiores materias et plus soldadurae caloris consequi potest, dum etiam calorem intra ambitum perquam angustum moderatur;

Laser Continuus (CW): Hic est frequentissimus, et plerique laseres in foro visi sunt laseres CW qui continuo laserem emittunt ad processum soldadurae. Laseres fibrae in laseres monomodales et multimodales dividuntur secundum varios diametros nuclei et qualitates fasciculi, et ad varios casus applicationis aptari possunt.