لازېر ھاسىل قىلىش پىرىنسىپى

نېمە ئۈچۈن لازېرنىڭ ئىشلەش پىرىنسىپىنى بىلىشىمىز كېرەك؟

ئورتاق يېرىم ئۆتكۈزگۈچ لازېرلار، تالالار، دىسكىلار ۋە باشقا نەرسىلەرنىڭ پەرقىنى بىلىشYAG لازېرىشۇنداقلا تاللاش جەريانىدا تېخىمۇ ياخشى چۈشىنىشكە ۋە كۆپرەك مۇزاكىرىلەرگە قاتنىشىشقا ياردەم بېرەلەيدۇ.

بۇ ماقالە ئاساسلىقى ئاممىباب پەنگە مەركەزلەشكەن: لازېر ھاسىل قىلىش پىرىنسىپى، لازېرلارنىڭ ئاساسلىق قۇرۇلمىسى ۋە بىر قانچە كۆپ ئۇچرايدىغان لازېر تۈرلىرىگە قىسقىچە كىرىش سۆز.

بىرىنچىدىن، لازېر ھاسىل قىلىش پىرىنسىپى

لازېر نۇر بىلەن ماددا ئوتتۇرىسىدىكى ئۆز-ئارا تەسىر ئارقىلىق ھاسىل بولىدۇ، بۇ قوزغىتىش نۇرىنىڭ كۈچەيتىلىشى دەپ ئاتىلىدۇ؛ قوزغىتىش نۇرىنىڭ كۈچەيتىلىشىنى چۈشىنىش ئۈچۈن ئېينىشتېيننىڭ ئۆزلۈكىدىن چىقىرىلىش، قوزغىتىش يۇتۇلۇشى ۋە قوزغىتىش نۇرى توغرىسىدىكى چۈشەنچىلىرىنى، شۇنداقلا بەزى زۆرۈر نەزەرىيەۋى ئاساسلارنى چۈشىنىش تەلەپ قىلىنىدۇ.

نەزەرىيەۋى ئاساس 1: بور مودېلى

بور مودېلى ئاساسلىقى ئاتوملارنىڭ ئىچكى قۇرۇلمىسىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ، بۇ لازېرنىڭ قانداق پەيدا بولىدىغانلىقىنى چۈشىنىشنى ئاسانلاشتۇرىدۇ. ئاتوم يادرو ۋە يادرو سىرتىدىكى ئېلېكترونلاردىن تەركىب تاپقان بولۇپ، ئېلېكترونلارنىڭ ئوربىتالىرى خالىغانچە ئەمەس. ئېلېكترونلارنىڭ پەقەت مەلۇم ئوربىتالىرى بار، بۇلارنىڭ ئىچىدىكى ئەڭ ئىچكى ئوربىتا ئاساسىي ھالەت دەپ ئاتىلىدۇ؛ ئەگەر ئېلېكترون ئاساسىي ھالەتتە بولسا، ئۇنىڭ ئېنېرگىيەسى ئەڭ تۆۋەن بولىدۇ. ئەگەر ئېلېكترون ئوربىتىدىن سەكرەپ چىقسا، ئۇ بىرىنچى قوزغىلىش ھالىتى دەپ ئاتىلىدۇ، ھەمدە بىرىنچى قوزغىلىش ھالىتىنىڭ ئېنېرگىيەسى ئاساسىي ھالەتتىكىدىن يۇقىرى بولىدۇ؛ يەنە بىر ئوربىتا ئىككىنچى قوزغىلىش ھالىتى دەپ ئاتىلىدۇ؛

لازېرنىڭ پەيدا بولۇشىنىڭ سەۋەبى، بۇ مودېلدا ئېلېكترونلار ئوخشىمىغان ئوربىتىلاردا ھەرىكەت قىلىدۇ. ئەگەر ئېلېكترونلار ئېنېرگىيەنى سۈمۈرسە، ئۇلار ئاساسىي ھالەتتىن قوزغىتىلغان ھالەتكە ئۆتەلەيدۇ؛ ئەگەر ئېلېكترون قوزغىتىلغان ھالەتتىن ئاساسىي ھالەتكە قايتىپ كەلسە، ئۇ ئېنېرگىيە قويۇپ بېرىدۇ، بۇ كۆپىنچە لازېر شەكلىدە قويۇپ بېرىلىدۇ.

نەزەرىيەۋى ئاساس 2: ئېينىشتېيننىڭ قوزغىتىلغان رادىئاتسىيە نەزەرىيىسى

1917-يىلى، ئېينىشتېين لازېر ۋە لازېر ئىشلەپچىقىرىشنىڭ نەزەرىيەۋى ئاساسى بولغان قوزغىتىلغان رادىئاتسىيە نەزەرىيىسىنى ئوتتۇرىغا قويدى: ماددىنىڭ يۇتۇلۇشى ياكى قويۇپ بېرىلىشى ئاساسەن رادىئاتسىيە مەيدانى بىلەن ماددىنى تەشكىل قىلىدىغان زەررىچىلەر ئوتتۇرىسىدىكى ئۆز-ئارا تەسىرنىڭ نەتىجىسى بولۇپ، ئۇنىڭ ئاساسلىق ماھىيىتى زەررىچىلەرنىڭ ھەر خىل ئېنېرگىيە سەۋىيەسى ئارىسىدا ئۆتۈشىدىن ئىبارەت. نۇر بىلەن ماددىنىڭ ئۆز-ئارا تەسىر كۆرسىتىشىدە ئۈچ خىل جەريان بار: ئۆزلۈكىدىن قويۇپ بېرىش، قوزغىتىلغان قويۇپ بېرىش ۋە قوزغىتىلغان يۇتۇش. نۇرغۇن زەررىچىلەرنى ئۆز ئىچىگە ئالغان سىستېما ئۈچۈن، بۇ ئۈچ جەريان ھەمىشە بىللە مەۋجۇت بولۇپ، زىچ مۇناسىۋەتلىك.

ئۆزلۈكىدىن ئېقىش:

رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك: يۇقىرى ئېنېرگىيەلىك E2 دەرىجىسىدىكى بىر ئېلېكترون ئۆزلۈكىدىن تۆۋەن ئېنېرگىيەلىك E1 دەرىجىسىگە ئۆتۈپ، hv ئېنېرگىيەلىك فوتون چىقىرىدۇ، ھەمدە hv=E2-E1؛ بۇ ئۆزلۈكىدىن ۋە مۇناسىۋەتسىز ئۆتكۈنچى جەريان ئۆزلۈكىدىن ئۆتكۈنچى دەپ ئاتىلىدۇ، ئۆزلۈكىدىن ئۆتكۈنچى جەريانلار چىقارغان نۇر دولقۇنلىرى ئۆزلۈكىدىن رادىئاتسىيە دەپ ئاتىلىدۇ.

ئۆزلۈكىدىن نۇر چىقىرىشنىڭ ئالاھىدىلىكلىرى: ھەر بىر فوتون مۇستەقىل بولۇپ، يۆنىلىشى ۋە باسقۇچى ئوخشىمايدۇ، يۈز بېرىش ۋاقتىمۇ تاسادىپىي بولىدۇ. ئۇ ماس كەلمەيدىغان ۋە قالايمىقان نۇرغا تەۋە بولۇپ، لازېرغا لازىم بولغان نۇر ئەمەس. شۇڭا، لازېر ھاسىل قىلىش جەريانىدا بۇ خىلدىكى چەتنەپ كەتكەن نۇرنى ئازايتىش كېرەك. بۇ يەنە ھەر خىل لازېرلارنىڭ دولقۇن ئۇزۇنلۇقىدا چەتنەپ كەتكەن نۇر بولۇشىنىڭ سەۋەبلىرىنىڭ بىرى. ئەگەر ياخشى كونترول قىلىنسا، لازېردىكى ئۆزلۈكىدىن نۇر چىقىرىش نىسبىتىنى نەزەردىن ساقىت قىلغىلى بولىدۇ. 1060 نانومېتىر قاتارلىق لازېر قانچە ساپ بولسا، ھەممىسى 1060 نانومېتىر بولىدۇ. بۇ خىل لازېرنىڭ يۇتۇش سۈرئىتى ۋە قۇۋۋىتى نىسبەتەن مۇقىم.

سۈمۈرۈلۈشنىڭ قوزغىلىشى:

تۆۋەن ئېنېرگىيە سەۋىيىسىدىكى (تۆۋەن ئوربىتا) ئېلېكترونلار فوتونلارنى سۈمۈرگەندىن كېيىن، يۇقىرى ئېنېرگىيە سەۋىيىسىگە (يۇقىرى ئوربىتا) ئۆتىدۇ، بۇ جەريان قوزغىتىش سۈمۈرۈش دەپ ئاتىلىدۇ. قوزغىتىش سۈمۈرۈش ئىنتايىن مۇھىم بولۇپ، ئاچقۇچلۇق پومپا جەريانلىرىنىڭ بىرى. لازېرنىڭ پومپا مەنبەسى فوتون ئېنېرگىيەسى بىلەن تەمىنلەيدۇ، بۇ ئارقىلىق زەررىچىلەرنىڭ يۇقىرى ئېنېرگىيە سەۋىيىسىدە قوزغىتىش رادىئاتسىيەسىنى ساقلايدۇ ۋە كۈچەيتىلگەن رادىئاتسىيەنى ساقلايدۇ، شۇنىڭ بىلەن لازېر نۇرى چىقىرىدۇ.

غىدىقلانغان رادىئاتسىيە:

تاشقى ئېنېرگىيە نۇرى (hv=E2-E1) بىلەن نۇرلاندۇرۇلغاندا، يۇقىرى ئېنېرگىيە سەۋىيىسىدىكى ئېلېكترون تاشقى فوتون تەرىپىدىن قوزغىتىلىپ، تۆۋەن ئېنېرگىيە سەۋىيىسىگە سەكرەيدۇ (يۇقىرى ئوربىتا تۆۋەن ئوربىتىغا قاراپ ماڭىدۇ). شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا، ئۇ تاشقى فوتون بىلەن پۈتۈنلەي ئوخشاش بولغان فوتوننى چىقىرىدۇ. بۇ جەريان دەسلەپكى قوزغىتىش نۇرىنى سۈمۈرمەيدۇ، شۇڭا ئىككى ئوخشاش فوتون بولىدۇ، بۇنى ئېلېكتروننىڭ ئىلگىرى سۈمۈرۈلگەن فوتوننى چىقىرىۋېتىشى دەپ چۈشىنىشكە بولىدۇ. بۇ نۇر چىقىرىش جەريانى قوزغىتىش نۇرى دەپ ئاتىلىدۇ، بۇ قوزغىتىش يۇتۇشنىڭ تەتۈر جەريانى.

نەزەرىيە ئېنىق بولغاندىن كېيىن، يۇقىرىدىكى رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، لازېر ياساش ناھايىتى ئاددىي: نورمال ماددىي مۇقىملىق شارائىتىدا، ئېلېكترونلارنىڭ كۆپ قىسمى ئاساسىي ھالەتتە، ئېلېكترونلار ئاساسىي ھالەتتە بولىدۇ، لازېر بولسا قوزغىتىلغان رادىئاتسىيەگە تايىنىدۇ. شۇڭا، لازېرنىڭ قۇرۇلمىسى ئالدى بىلەن قوزغىتىلغان سۈمۈرۈلۈشنىڭ يۈز بېرىشىگە يول قويۇش، ئېلېكترونلارنى يۇقىرى ئېنېرگىيە سەۋىيەسىگە يەتكۈزۈش، ئاندىن كۆپ ساندىكى يۇقىرى ئېنېرگىيە سەۋىيەسىدىكى ئېلېكترونلارنىڭ قوزغىتىلغان رادىئاتسىيەگە ئۇچرىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىش ئۈچۈن قوزغىتىش رولىنى ئوينايدۇ، بۇنىڭ بىلەن فوتونلارنى قويۇپ بېرىدۇ. بۇنىڭدىن لازېر ھاسىل قىلغىلى بولىدۇ. ئاندىن، بىز لازېرنىڭ قۇرۇلمىسىنى تونۇشتۇرىمىز.

لازېر قۇرۇلمىسى:

لازېر قۇرۇلمىسىنى ئىلگىرى تىلغا ئېلىنغان لازېر ھاسىل قىلىش شەرتلىرى بىلەن بىر-بىرلەپ ماسلاشتۇرۇڭ:

يۈز بېرىش ئەھۋالى ۋە ئۇنىڭغا ماس كېلىدىغان قۇرۇلما:

1. لازېر خىزمەت ۋاسىتىسى سۈپىتىدە كۈچەيتىش ئۈنۈمى بىلەن تەمىنلەيدىغان كۈچەيتىش ۋاسىتىسى بار، ئۇنىڭ ئاكتىپلاشتۇرۇلغان زەررىچىلىرى قوزغىتىش نۇرى ھاسىل قىلىشقا ماس كېلىدىغان ئېنېرگىيە سەۋىيەسى قۇرۇلمىسىغا ئىگە (ئاساسلىقى ئېلېكترونلارنى يۇقىرى ئېنېرگىيەلىك ئوربىتالارغا پومپىلاپ، بەلگىلىك ۋاقىت مەۋجۇت بولۇپ تۇرالايدۇ، ئاندىن قوزغىتىش نۇرى ئارقىلىق بىر نەپەستە فوتون قويۇپ بېرەلەيدۇ).

2. سىرتقى قوزغىتىش مەنبەسى (پومپا مەنبەسى) بار، ئۇ ئېلېكترونلارنى تۆۋەنكى سەۋىيەدىن يۇقىرى سەۋىيەگە پومپا قىلىپ، لازېرنىڭ يۇقىرى ۋە تۆۋەنكى سەۋىيەلىرى ئارىسىدا زەررىچە سانىنىڭ ئۆزگىرىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ (يەنى يۇقىرى ئېنېرگىيەلىك زەررىچىلەر تۆۋەن ئېنېرگىيەلىك زەررىچىلەرگە قارىغاندا كۆپ بولغاندا)، مەسىلەن YAG لازېرلىرىدىكى كسېنون لامپىسىغا ئوخشاش؛

3. لازېرنىڭ تەۋرىنىشىنى ئەمەلگە ئاشۇرالايدىغان، لازېر ئىشلەيدىغان ماتېرىيالنىڭ خىزمەت ئۇزۇنلۇقىنى ئاشۇرالايدىغان، نۇر دولقۇنى ھالىتىنى كونترول قىلالايدىغان، نۇرنىڭ تارقىلىش يۆنىلىشىنى كونترول قىلالايدىغان، مونوخروماتىكلىقنى ياخشىلاش ئۈچۈن قوزغىتىلغان رادىئاتسىيە چاستوتىسىنى تاللاپ كۈچەيتەلەيدىغان (لازېرنىڭ بەلگىلىك ئېنېرگىيەدە چىقىرىشىغا كاپالەتلىك قىلالايدىغان) بىر رېزونانس بوشلۇقى بار.

ماس كېلىدىغان قۇرۇلما يۇقىرىدىكى رەسىمدە كۆرسىتىلدى، ئۇ YAG لازېرنىڭ ئاددىي قۇرۇلمىسى. باشقا قۇرۇلمىلار تېخىمۇ مۇرەككەپ بولۇشى مۇمكىن، ئەمما ئاساسلىق مەزمۇنى تۆۋەندىكىچە. لازېر ھاسىل قىلىش جەريانى رەسىمدە كۆرسىتىلدى:

لازېر تۈرگە ئايرىش: ئادەتتە كۈچەيتىش ئوتتۇرا ياكى لازېر ئېنېرگىيەسى شەكلى بويىچە تۈرگە ئايرىش

ئوتتۇراھال تۈرگە ئايرىش:

كاربون تۆت ئوكسىد لازېرىكاربون تۆت ئوكسىد لازېرىنىڭ كۈچەيتىش ئوتتۇرا قىسمى گېلىي ۋەCO2 لازېرى،10.6 um لىق لازېر دولقۇن ئۇزۇنلۇقىغا ئىگە بولۇپ، بۇ ئەڭ دەسلەپكى بازارغا سېلىنغان لازېر مەھسۇلاتلىرىنىڭ بىرى. دەسلەپكى لازېر كەپشەرلەش ئاساسلىقى كاربون تۆت ئوكسىد لازېرىغا ئاساسلانغان بولۇپ، ھازىر ئاساسلىقى مېتال بولمىغان ماتېرىياللارنى (رەخت، سۇلياۋ، ياغاچ قاتارلىقلار) كەپشەرلەش ۋە كېسىشتە ئىشلىتىلىدۇ. بۇنىڭدىن باشقا، ئۇ لىتوگرافىيە ماشىنىلىرىدىمۇ ئىشلىتىلىدۇ. كاربون تۆت ئوكسىد لازېرى ئوپتىكىلىق تالا ئارقىلىق يەتكۈزۈلمەيدۇ ۋە بوشلۇق ئوپتىكىلىق يوللار ئارقىلىق ئۆتىدۇ، ئەڭ دەسلەپكى توڭكۇئاي نىسبەتەن ياخشى ئىشلەنگەن بولۇپ، نۇرغۇن كېسىش ئۈسكۈنىلىرى ئىشلىتىلگەن؛

YAG (ئىترىي ئاليۇمىن گارانى) لازېرى: نېئودىم (Nd) ياكى ئىترىي (Yb) مېتال ئىئونلىرى قوشۇلغان YAG كرىستاللىرى لازېر كۈچەيتىش ۋاسىتىسى سۈپىتىدە ئىشلىتىلىدۇ، تارقىتىش دولقۇن ئۇزۇنلۇقى 1.06um. YAG لازېرى يۇقىرى ئىمپۇلس چىقىرالايدۇ، ئەمما ئوتتۇرىچە قۇۋۋىتى تۆۋەن، ئەڭ يۇقىرى قۇۋۋىتى ئوتتۇرىچە قۇۋۋەتنىڭ 15 ھەسسىسىگە يېتىدۇ. ئەگەر ئۇ ئاساسلىقى ئىمپۇلس لازېرى بولسا، ئۈزلۈكسىز چىقىرىشقا ئېرىشكىلى بولمايدۇ؛ ئەمما ئۇنى ئوپتىكىلىق تالا ئارقىلىق يەتكۈزگىلى بولىدۇ، شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا، مېتال ماتېرىياللارنىڭ سۈمۈرۈش سۈرئىتى ئاشىدۇ، ھەمدە ئۇ يۇقىرى نۇر قايتۇرۇش ئىقتىدارىغا ئىگە ماتېرىياللارغا قوللىنىلىشقا باشلايدۇ، دەسلەپتە 3C ساھەسىدە قوللىنىلىدۇ.

تالا لازېر: بازاردىكى ھازىرقى ئاساسلىق ئېقىم 1060nm دولقۇن ئۇزۇنلۇقىدىكى ئىتتېربىي قوشۇلغان تالانى كۈچەيتىش ۋاسىتىسى سۈپىتىدە ئىشلىتىدۇ. ئۇ يەنە ۋاسىتىسىنىڭ شەكلىگە ئاساسەن تالا ۋە دىسكا لازېرلىرىغا بۆلىنىدۇ؛ تالا ئوپتىك لازېر IPG نى، دىسكا بولسا توڭكۇئاينى كۆرسىتىدۇ.

يېرىم ئۆتكۈزگۈچ لازېر: كۈچەيتىش ۋاسىتىسى يېرىم ئۆتكۈزگۈچ PN تۇتاشتۇرۇش نۇقتىسى بولۇپ، يېرىم ئۆتكۈزگۈچ لازېرنىڭ دولقۇن ئۇزۇنلۇقى ئاساسلىقى 976nm. ھازىر يېرىم ئۆتكۈزگۈچكە يېقىن ئىنفىرا قىزىل نۇرلۇق لازېرلار ئاساسلىقى 600um دىن يۇقىرى يورۇقلۇق نۇقتىلىرى بار قاپلاش ئۈچۈن ئىشلىتىلىدۇ. لازېرلىن يېرىم ئۆتكۈزگۈچ لازېرلارنىڭ ۋەكىللىك كارخانىسى.

ئېنېرگىيە ھەرىكىتى شەكلى بويىچە تۈرگە ئايرىلىدۇ: ئىمپۇلس لازېرى (PULSE)، يېرىم ئۈزۈلمەس لازېر (QCW)، ئۈزۈلمەس لازېر (CW)

ئىمپۇلس لازېرى: نانوسېكۇنت، پىكوسېكۇنت، فېمتوسېكۇنت، بۇ يۇقىرى چاستوتىلىق ئىمپۇلس لازېرى (ns، ئىمپۇلس كەڭلىكى) كۆپىنچە يۇقىرى چوققا ئېنېرگىيەسى، يۇقىرى چاستوتا (MHZ) بىر تەرەپ قىلىشقا ئېرىشەلەيدۇ، نېپىز مىس ۋە ئاليۇمىن قاتارلىق ئوخشىمايدىغان ماتېرىياللارنى بىر تەرەپ قىلىشتا، شۇنداقلا ئاساسلىقى تازىلاشتا ئىشلىتىلىدۇ. يۇقىرى چوققا ئېنېرگىيەسىنى ئىشلىتىش ئارقىلىق، ئۇ ئاساسىي ماتېرىيالنى تېز ئېرىتىۋېتەلەيدۇ، تەسىر ۋاقتى تۆۋەن ۋە ئىسسىقلىق تەسىر رايونى كىچىك بولىدۇ. ئۇ ئىنتايىن نېپىز ماتېرىياللارنى (0.5mm دىن تۆۋەن) بىر تەرەپ قىلىشتا ئەۋزەللىككە ئىگە؛

كۋازى ئۈزلۈكسىز لازېر (QCW): يۇقىرى تەكرارلىنىش نىسبىتى ۋە تۆۋەن خىزمەت دەۋرىيلىكى (%50 تىن تۆۋەن) سەۋەبىدىن، ئىمپۇلس كەڭلىكى ...QCW لازېرى50 us-50 ms غا يېتىپ، كىلوۋات دەرىجىلىك ئۈزلۈكسىز تالا لازېرى بىلەن Q ئالماشتۇرۇلغان ئىمپۇلس لازېرى ئوتتۇرىسىدىكى بوشلۇقنى تولدۇرىدۇ؛ يېرىم ئۈزلۈكسىز تالا لازېرىنىڭ ئەڭ يۇقىرى قۇۋۋىتى ئۈزلۈكسىز ھالەتتىكى مەشغۇلات جەريانىدا ئوتتۇرىچە قۇۋۋەتنىڭ 10 ھەسسىسىگە يېتەلەيدۇ. QCW لازېرلىرى ئادەتتە ئىككى خىل ھالەتكە ئىگە، بىرى تۆۋەن قۇۋۋەتتە ئۈزلۈكسىز كەپشەرلەش، يەنە بىرى ئوتتۇرىچە قۇۋۋەتنىڭ 10 ھەسسىسىگە تەڭ بولغان ئىمپۇلس لازېر كەپشەرلەش بولۇپ، بۇ ئارقىلىق قېلىن ماتېرىياللار ۋە كۆپرەك ئىسسىقلىق كەپشەرلەشنى قولغا كەلتۈرگىلى بولىدۇ، شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا ئىسسىقلىقنى ناھايىتى كىچىك دائىرىدە كونترول قىلغىلى بولىدۇ؛

ئۈزلۈكسىز لازېر (CW): بۇ ئەڭ كۆپ ئىشلىتىلىدىغان لازېر بولۇپ، بازاردا كۆرۈلىدىغان لازېرلارنىڭ كۆپىنچىسى كەپشەرلەش ئۈچۈن ئۈزلۈكسىز لازېر چىقىرىدىغان CW لازېرلىرى. تالا لازېرلىرى يادرو دىئامېتىرى ۋە نۇر سۈپىتىنىڭ ئوخشىماسلىقىغا ئاساسەن يەككە ھالەتلىك ۋە كۆپ ھالەتلىك لازېرلارغا ئايرىلىدۇ، ھەمدە ھەر خىل قوللىنىشچان ئەھۋاللارغا ماسلاشتۇرغىلى بولىدۇ.