✷ Laser
Jego pełna nazwa to Wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania.Dosłownie oznacza to „wzmocnienie promieniowania wzbudzonego światłem”.Jest to sztuczne źródło światła o innych właściwościach niż światło naturalne, które może rozprzestrzeniać się na duże odległości w linii prostej i gromadzić się na małej powierzchni.
✷ Różnica między światłem laserowym a naturalnym
1. Monochromatyczność
Światło naturalne obejmuje szeroki zakres długości fal, od ultrafioletu po podczerwień.Jego długości fal są różne.
Naturalne światło
Światło lasera to pojedyncza długość fali światła, właściwość zwana monochromatycznością.Zaletą monochromatyczności jest to, że zwiększa elastyczność konstrukcji optycznej.
Laser
Współczynnik załamania światła zmienia się w zależności od długości fali.
Kiedy naturalne światło przechodzi przez soczewkę, następuje dyfuzja z powodu różnych typów długości fal zawartych w soczewce.Zjawisko to nazywa się aberracją chromatyczną.
Z drugiej strony światło lasera to światło o pojedynczej długości fali, które załamuje się tylko w tym samym kierunku.
Na przykład, podczas gdy obiektyw aparatu musi mieć konstrukcję korygującą zniekształcenia spowodowane kolorem, lasery muszą uwzględniać jedynie tę długość fali, aby wiązka mogła być przesyłana na duże odległości, co pozwala na precyzyjne zaprojektowanie i skupienie światła w małym miejscu.
2. Kierunkowość
Kierunkowość to stopień, w jakim dźwięk lub światło z mniejszym prawdopodobieństwem rozprzestrzeniają się podczas podróży w przestrzeni;wyższa kierunkowość oznacza mniejsze rozproszenie.
Naturalne światło: Składa się ze światła rozproszonego w różnych kierunkach, a aby poprawić kierunkowość, potrzebny jest złożony układ optyczny, który usuwa światło poza kierunkiem do przodu.
Laser:Jest to światło wysoce kierunkowe i łatwiej jest zaprojektować optykę, która umożliwi laserowi poruszanie się po linii prostej bez rozprzestrzeniania się, co umożliwi transmisję na duże odległości i tak dalej.
3. Spójność
Spójność wskazuje stopień, w jakim światło ma tendencję do wzajemnego zakłócania się.Jeśli światło postrzega się jako fale, im bliżej są pasma, tym większa jest spójność.Na przykład różne fale na powierzchni wody mogą się wzajemnie wzmacniać lub znosić, gdy się ze sobą zderzą, i podobnie jak w przypadku tego zjawiska, im bardziej losowe są fale, tym słabszy stopień interferencji.
Naturalne światło
Faza, długość fali i kierunek lasera są takie same, dzięki czemu można utrzymać silniejszą falę, umożliwiając w ten sposób transmisję na duże odległości.
Szczyty i doliny lasera są spójne
Światło o wysokiej spójności, które może być przesyłane na duże odległości bez rozpraszania, ma tę zaletę, że można je zebrać w małych punktach przez soczewkę i wykorzystać jako światło o dużej gęstości, przepuszczając światło wygenerowane w innym miejscu.
4. Gęstość energii
Lasery charakteryzują się doskonałą monochromatycznością, kierunkowością i spójnością i można je agregować w bardzo małe plamki, tworząc światło o wysokiej gęstości energii.Lasery można skalować do poziomu bliskiego granicy światła naturalnego, którego światło naturalne nie może osiągnąć.(Limit obejścia: odnosi się do fizycznej niemożności skupienia światła na czymś mniejszym niż długość fali światła).
Zmniejszając rozmiar lasera, można zwiększyć natężenie światła (gęstość mocy) do poziomu, w którym można go używać do przecinania metalu.
Laser
✷ Zasada oscylacji lasera
1. Zasada generacji lasera
Do wytworzenia światła laserowego potrzebne są atomy lub cząsteczki zwane ośrodkami laserowymi.Ośrodek laserowy jest zasilany zewnętrznie (wzbudzany), w wyniku czego atom przechodzi ze stanu podstawowego o niskiej energii do stanu wzbudzonego o wysokiej energii.
Stan wzbudzony to stan, w którym elektrony w atomie przemieszczają się z powłoki wewnętrznej do zewnętrznej.
Gdy atom przejdzie w stan wzbudzony, po pewnym czasie powraca do stanu podstawowego (czas potrzebny na powrót ze stanu wzbudzonego do stanu podstawowego nazywany jest czasem życia fluorescencji).W tym czasie otrzymana energia jest wypromieniowywana w postaci światła, aby powrócić do stanu podstawowego (promieniowanie spontaniczne).
To wypromieniowane światło ma określoną długość fali.Lasery powstają poprzez przekształcenie atomów w stan wzbudzony, a następnie wyodrębnienie powstałego światła w celu jego wykorzystania.
2. Zasada wzmocnionego lasera
Atomy, które przez pewien czas zostały przekształcone w stan wzbudzony, będą wypromieniowywać światło w wyniku promieniowania spontanicznego i powrócą do stanu podstawowego.
Jednak im silniejsze światło wzbudzenia, tym bardziej wzrośnie liczba atomów w stanie wzbudzonym, a także wzrośnie spontaniczne promieniowanie światła, w wyniku czego powstanie zjawisko promieniowania wzbudzonego.
Promieniowanie wymuszone to zjawisko, w którym po padaniu światła promieniowania spontanicznego lub wymuszonego na wzbudzony atom, światło to dostarcza wzbudzonemu atomowi energię, dzięki której światło ma odpowiednią intensywność.Po wzbudzonym promieniowaniu wzbudzony atom powraca do stanu podstawowego.To właśnie to stymulowane promieniowanie jest wykorzystywane do wzmacniania laserów, a im większa liczba atomów w stanie wzbudzonym, tym więcej stymulowanego promieniowania jest generowane w sposób ciągły, co pozwala na szybkie wzmocnienie światła i ekstrakcję go w postaci światła laserowego.
✷ Budowa lasera
Lasery przemysłowe są ogólnie podzielone na 4 typy.
1. Laser półprzewodnikowy: Laser wykorzystujący jako ośrodek półprzewodnik ze strukturą warstwy aktywnej (warstwy emitującej światło).
2. Lasery gazowe: Powszechnie stosowane są lasery CO2 wykorzystujące gaz CO2 jako medium.
3. Lasery na ciele stałym: Generalnie lasery YAG i YVO4 z krystalicznymi nośnikami laserowymi YAG i YVO4.
4. Laser światłowodowy: wykorzystujący światłowód jako medium.
✷ Informacje o charakterystyce impulsów i ich wpływie na przedmioty obrabiane
1. Różnice pomiędzy YVO4 a laserem światłowodowym
Główne różnice pomiędzy laserami YVO4 i laserami światłowodowymi to moc szczytowa i szerokość impulsu.Moc szczytowa reprezentuje intensywność światła, a szerokość impulsu oznacza czas trwania światła.YVO4 charakteryzuje się możliwością łatwego generowania wysokich wartości szczytowych i krótkich impulsów światła, natomiast włókno charakteryzuje się możliwością łatwego generowania niskich wartości szczytowych i długich impulsów światła.Kiedy laser naświetla materiał, wynik przetwarzania może się znacznie różnić w zależności od różnicy impulsów.
2. Wpływ na materiały
Impulsy lasera YVO4 naświetlają materiał światłem o dużym natężeniu przez krótki czas, dzięki czemu jaśniejsze obszary warstwy wierzchniej szybko się nagrzewają, a następnie natychmiast ochładzają.Napromieniowana część jest schładzana do stanu spienionego w stanie wrzenia i odparowuje, tworząc płytszy odcisk.Napromienianie kończy się zanim ciepło zostanie przeniesione, zatem wpływ termiczny na otaczający obszar jest niewielki.
Z drugiej strony impulsy lasera światłowodowego emitują światło o niskim natężeniu przez długi czas.Temperatura materiału rośnie powoli i przez długi czas pozostaje płynna lub odparowuje.Dlatego laser światłowodowy nadaje się do czarnego grawerowania, gdy ilość grawerowania staje się duża lub gdy metal jest poddawany działaniu dużej ilości ciepła, utlenia się i wymaga czernienia.
Czas publikacji: 26 października 2023 r