Af hverju þurfum við að vita meginregluna á bak við leysigeisla?
Að þekkja muninn á algengum hálfleiðaralaserum, trefjum, diskum ogYAG leysirgetur einnig hjálpað til við að öðlast betri skilning og taka þátt í fleiri umræðum meðan á valferlinu stendur.
Greinin fjallar aðallega um vinsæl vísindi: stutta kynningu á meginreglunni á bak við leysigeislaframleiðslu, meginbyggingu leysigeisla og nokkrar algengar gerðir leysigeisla.
Í fyrsta lagi, meginreglan um leysigeislaframleiðslu
Leysigeisli myndast við samspil ljóss og efnis, þekkt sem örvuð geislunarmögnun; Til að skilja örvaða geislunarmögnun þarf að skilja hugtök Einsteins um sjálfsprottna losun, örvaða frásog og örvaða geislun, sem og nokkrar nauðsynlegar fræðilegar undirstöður.
Fræðilegur grunnur 1: Bohr líkanið
Bohr líkanið lýsir aðallega innri uppbyggingu atóma, sem gerir það auðvelt að skilja hvernig leysir verða til. Atóm er samsett úr kjarna og rafeindum utan kjarnans, og svigrúm rafeinda eru ekki handahófskennd. Rafeindir hafa aðeins ákveðin svigrúm, þar sem innsta svigrúmið kallast grunnástand; ef rafeind er í grunnástandi er orka hennar lægst. Ef rafeind hoppar út úr braut er það kallað fyrsta örvað ástand, og orka fyrsta örvaðs ástandsins verður hærri en grunnástandsins; önnur braut er kölluð annað örvað ástand;
Ástæðan fyrir því að leysigeisli getur komið fram er sú að rafeindir hreyfast á mismunandi brautum í þessari gerð. Ef rafeindir taka upp orku geta þær farið úr grunnástandi í örvað ástand; ef rafeind fer aftur úr örvuðu ástandi í grunnástand losar hún orku, sem oft losnar í formi leysigeisla.
Fræðilegur grunnur 2: Kenning Einsteins um örvaða geislun
Árið 1917 setti Einstein fram kenninguna um örvaða geislun, sem er fræðilegur grunnur að leysigeislum og leysigeislaframleiðslu: frásog eða útgeislun efnis er í raun afleiðing af víxlverkun geislunarsviðsins og agnanna sem mynda efnið, og kjarni hennar er umskipti agna milli mismunandi orkustiga. Það eru þrjú mismunandi ferli í víxlverkun ljóss og efnis: sjálfsprottin útgeislun, örvuð útgeislun og örvuð frásog. Fyrir kerfi sem inniheldur fjölda agna eru þessi þrjú ferli alltaf til staðar samtímis og nátengd.
Sjálfsprottin losun:
Eins og sést á myndinni: rafeind á háorkustigi E2 breytist sjálfkrafa í lágorkustig E1 og gefur frá sér ljóseind með orkunni hv, og hv=E2-E1; Þetta sjálfsprottna og ótengda umbreytingarferli kallast sjálfsprottin umbreyting, og ljósbylgjurnar sem sendar eru frá sjálfsprottnum umbreytingum kallast sjálfsprottin geislun.
Einkenni sjálfsprottinnar losunar: Hver ljóseind er sjálfstæð, með mismunandi stefnur og fasa, og tíminn sem hún birtist er einnig handahófskenndur. Hún tilheyrir ósamhengjandi og óreiðukenndu ljósi, sem er ekki það ljós sem leysirinn þarfnast. Þess vegna þarf leysigeislaframleiðsluferlið að draga úr þessari tegund af villiljósi. Þetta er einnig ein af ástæðunum fyrir því að bylgjulengd ýmissa leysigeisla hefur villiljós. Ef vel er stjórnað er hægt að hunsa hlutfall sjálfsprottinnar losunar í leysinum. Því hreinni sem leysirinn er, eins og 1060 nm, því meira er hann allur 1060 nm. Þessi tegund leysigeisla hefur tiltölulega stöðugan frásogshraða og afl.
Örvuð frásog:
Rafeindir með lágt orkustig (lág svigrúm), eftir að hafa tekið upp ljóseindir, fara yfir í hærra orkustig (há svigrúm) og þetta ferli kallast örvuð frásog. Örvuð frásog er mikilvæg og eitt af lykil dæluferlunum. Dælugjafinn í leysigeislanum veitir ljóseindaorku sem veldur því að agnir í styrkingarmiðlinum fara yfir og bíða eftir örvaðri geislun með hærra orkustigi, sem gefur frá sér leysigeislann.
Örvuð geislun:
Þegar rafeindin á háa orkustiginu er geisluð af ljósi af ytri orku (hv=E2-E1), örvast hún af ytri ljóseindinni og hoppar á lágt orkustig (háa brautin liggur á lága brautina). Á sama tíma sendir hún frá sér ljóseind sem er nákvæmlega eins og ytri ljóseindin. Þetta ferli gleypir ekki upprunalega örvunarljósið, þannig að það verða tvær eins ljóseindir, sem má skilja sem rafeindin spýtir út áður frásoguðu ljóseindinni. Þetta ljómunarferli kallast örvuð geislun, sem er öfugt ferli örvaðrar frásogs.
Eftir að kenningin er skýr er mjög einfalt að smíða leysigeisla, eins og sést á myndinni hér að ofan: við eðlilegar aðstæður efnisstöðugleika eru langflestir rafeindir í grunnástandi, rafeindir í grunnástandi og leysigeislinn er háður örvuðum geislun. Þess vegna er uppbygging leysigeislans þannig að örvuð frásog á sér stað fyrst, sem færir rafeindir á hátt orkustig og veitir síðan örvun sem veldur því að fjöldi rafeinda með hátt orkustig gangast undir örvaða geislun og losar ljóseindir. Út frá þessu er hægt að mynda leysigeisla. Næst munum við kynna leysigeislabygginguna.
Leysibygging:
Paraðu saman leysigeislabygginguna við leysigeislaframleiðsluskilyrðin sem nefnd voru áður, eitt af öðru:
Ástand tilviks og samsvarandi uppbygging:
1. Til er magnunarmiðill sem veitir magnunaráhrif sem leysigeislunarmiðill og virkjuðu agnirnar hafa orkubyggingu sem hentar til að mynda örvaða geislun (aðallega færar um að dæla rafeindum til orkuríkra svigrúma og vera til staðar í ákveðinn tíma og síðan losa ljóseindir í einum andardrætti með örvuðum geislun);
2. Það er til ytri örvunargjafi (dælugjafi) sem getur dælt rafeindum frá neðri hæð upp í efri hæð, sem veldur umsnúningi á fjölda agna milli efri og neðri hæðar leysigeislans (þ.e. þegar fleiri orkuríkar agnir eru en orkulítlar), eins og xenonlampinn í YAG leysigeislum;
3. Það er til staðar ómhola sem getur náð fram sveiflum í leysigeisla, aukið vinnulengd leysigeislavinnsluefnisins, skimað ljósbylgjustillingu, stjórnað útbreiðslustefnu geislans, sértækt magnað örvaða geislunartíðni til að bæta einlita (tryggja að leysirinn sé sendur út með ákveðinni orku).
Samsvarandi uppbygging er sýnd á myndinni hér að ofan, sem er einföld uppbygging YAG-leysis. Aðrar uppbyggingar geta verið flóknari, en kjarninn er þessi. Leysiframleiðsluferlið er sýnt á myndinni:
Flokkun leysigeisla: almennt flokkuð eftir magnunarmiðli eða orkuformi leysigeisla
Flokkun ávinningsmiðils:
KoltvísýringslaserMagnunarmiðill koltvísýringslasersins er helíum ogCO2 leysir,Með leysigeislabylgjulengd upp á 10,6 µm, sem er ein af elstu leysigeislavörunum sem kom á markað. Snemma leysigeislasveining byggðist aðallega á koltvísýringsleysi, sem nú er aðallega notaður til að suða og skera ómálm efni (efni, plast, tré o.s.frv.). Að auki er hann einnig notaður í litografíuvélum. Koltvísýringsleysir getur ekki borist í gegnum ljósleiðara heldur ferðast um geimleiðir. Elstu Tongkuai-sveiflurnar voru tiltölulega vel gerðar og mikið var notað til að skera búnað.
YAG (yttrium ál granat) leysir: YAG kristallar með neodymium (Nd) eða yttrium (Yb) málmjónum eru notaðir sem leysistyrkingarmiðill, með útgeislunarbylgjulengd upp á 1,06 µm. YAG leysirinn getur gefið frá sér hærri púlsa, en meðalafl er lágt og hámarksafl getur náð 15 sinnum meðalafli. Ef þetta er aðallega púlsleysir er ekki hægt að ná samfelldri úttaksgetu; en það er hægt að senda það í gegnum ljósleiðara og á sama tíma eykst frásogshraði málmefna og það er farið að nota það í efnum með mikla endurskinsgetu, fyrst notað á 3C sviðinu;
Trefjalaser: Núverandi almenningur á markaðnum notar ytterbíum-dópað trefjaefni sem styrkingarmiðil, með bylgjulengd upp á 1060 nm. Það er enn fremur skipt í trefja- og disklasera eftir lögun miðilsins; ljósleiðari táknar IPG, en diskur táknar Tongkuai.
Hálfleiðara leysir: Styrkmiðillinn er hálfleiðara PN-tenging og bylgjulengd hálfleiðara leysisins er aðallega 976 nm. Sem stendur eru hálfleiðara nær-innrauðir leysir aðallega notaðir til klæðningar, með ljósblettum yfir 600 µm. Laserline er dæmigert fyrirtæki fyrir hálfleiðara leysi.
Flokkað eftir orkuformi: Púlsleysir (PULSE), kvasi samfelldur leysir (QCW), samfelldur leysir (CW)
Púlsleysir: nanósekúnda, píkósekúnda, femtósekúnda, þessi hátíðni púlsleysir (ns, púlsbreidd) getur oft náð mikilli hámarksorku, hátíðni (MHZ) vinnslu, notaður til að vinna úr þunnum kopar og áli ólíkum efnum, sem og aðallega til að þrífa. Með því að nota mikla hámarksorku getur hann brætt grunnefnið hratt, með stuttum verkunartíma og litlu hitaáhrifasvæði. Hann hefur kosti við vinnslu á ofurþunnum efnum (undir 0,5 mm);
Kvasi samfelldur leysir (QCW): Vegna mikillar endurtekningartíðni og lágs vinnuhringrásar (undir 50%) er púlsbreiddQCW leysirnær 50 us-50 ms, sem fyllir bilið á milli kílóvatta-stigs samfellds trefjaleysis og Q-rofa púlsleysis; Hámarksafl kvasi samfellds trefjaleysis getur náð 10 sinnum meðalafli við samfellda notkun. QCW leysir hafa almennt tvo stillingar, annars vegar samfelld suða við lágt afl og hins vegar púlsuð leysigeisla með hámarksafli sem er 10 sinnum meðalafli, sem getur náð þykkari efnum og meiri hitasuðu, en jafnframt stjórnað hitanum innan mjög lítils sviðs;
Samfelldur leysir (CW): Þetta er algengasti leysirinn og flestir leysir sem sjást á markaðnum eru CW leysir sem gefa frá sér samfellda leysigeisla fyrir suðuvinnslu. Trefjaleysir eru skipt í einstillingar- og fjölstillingarleysi eftir mismunandi kjarnaþvermáli og geislagæði og hægt er að aðlaga þá að mismunandi notkunarsviðum.
Birtingartími: 20. des. 2023
