Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


Получение инверсной заселённости, состав активной среды, температурный режим, регенератор



Квантовое описание лазера

Возбуждённая частица может перейти в менее энер гетическое состояние самопроизвольно в результате спонтанного излучения, или, как его ещё называют, радиационного распада (рис. 1). Спонтанное излучение имеет чисто квантовую природу. Согласно квантовой механике атом или молекула не могут находиться в возбуждённом состоянии бесконечно долго. Возбуждённое состояние распадается с конечной скоростью, определяемой вероятностью этого перехода в единицу времени , испуская при этом квант света с энергией hn0=e2-e1 А(2)®А(1)+ hn0 ( - коэффициент Эйнштейна для спонтанных переходов). Изменение концентрации частиц N2на верхнем уровне в результате спонтанных переходов описывается выражением . Кванты света, родившиеся в результате спонтанных переходов обладают одинаковой энергией но никоим образом не связаны между собой. Направления распространения этих квантов в пространстве равновероятны. Так как рождение кванта может с равной вероятностью произойти в любой момент времени, электромагнитные волны, соответствующие этим квантам, не связаны между собой по фазе и имеют произвольную поляризацию.

В отличие от спонтанных переходов, способных происходить в изолированной частице, безизлучательные переходы возможны только при наличии взаимодействия частицы А с другой частицей или системой частиц В. В результате такого взаимодействия частица переходит из состояния 1 в состояние 2 или наоборот без излучения кванта света и без его участия. Процесс столкновительного возбуждения (рис.2) требует затраты кинетической энергии и протекает по схеме А(1)+В®А(2)+В. Процесс столкновительной релаксации на (рис.3) наоборот сопровождается переходом энергии в поступательную энергию взаимодействующих частиц либо тратится на возбуждение частицы В. Этот переход происходит по схеме A(2)+B®A(1)+B+ . Индуцированные, или, как их иногда называют, вынужденные переходы в соответствии с гипотезой А. Эйнштейна могут происходить только при взаимодействии частицы А с резонансными квантами, удовлетворяющими условию hn0=e2-e1 т.е вероятность индуцированных переходов отлична от нуля лишь во внешнем электромагнитном поле с резонансной частотой n0. А. Эйнштейн предположил, что при наличии поля резонансной частоты помимо переходов квантовой системы из состояния 1 в состояние 2, что соответствует резонансному поглощению квантов, протекающему по схеме А(1)+hn0®A(2) (рис.4) возможны переходы по схеме А(2)+hn0®А(1)+2hn0 (рис.5). Данный процесс индуцирования или вынужденного излучения и служит основой квантовой электроники.

Однако энергия возбуждённых состояний не является фиксированной величиной даже в случае изолированной частицы. Согласно принципу неопределённости Гейзенберга неточность в определении энергии системы и времени её существования должна удовлетворять соотношению: . Поскольку ~t0 то неопределённость энергии возбуждённого состояния составляет . Такое энергетическое размытие уровней приводит к неопределённости частоты излучаемого кванта . Данное уширение частоты излучения называется естественная ширина линии и является минимально возможной. Естественная ширина линии резко растёт с ростом n (~n3) и становится заметной в коротковолновой части спектра. Для основного перехода молекулы СО2 лазера t0»5 сек и ширина n0»3*10-2 Гц. Однако обычно ширина линии излучения определяется не спонтанным излучением а релаксационными безизлучательными переходами, происходящими при взаимодействии возбуждённой частицы с другими частицами. Любой релаксационный процесс приводит к сокращению времени жизни частицы в возбуждённом состоянии, а следовательно, к уширению соответствующей этому состоянию линии излучения. Релаксационное уширение происходит за счёт безизлучательных процессом при столкновении частиц и этот процесс называют столкновительное уширение. По аналогии с естественный шириной линии, принимая t - время жизни частицы в возбуждённом состоянии столкновительное уширенение определяется как . Время жизни частицы определяется через сечение этих процессов tст Как правило возбуждённая частица взаимодействует с различными частицами и в общем случае tст , где суммирование проводится по всем видам взаимодействующих частиц. Столкновительное и естественное уширение вызвано одной той же причиной – конечным временем жизни частицы в возбуждённом состоянии. Форма линии уширения в обоих случаях определяется особенностью вероятностных процессов и поэтому одинакова. Она имеет так называемый лоренцев контур, описываемый форм-фактором . Выражение нормировано на единицу: . Уширение линии, связанное с конечностью времени жизни возбуждённого состояния, принято называть однородным. В случае однородного уширения каждая возбуждённая частица при переходе излучает линию с полной шириной , спектральной формой и поглощает кванты с частотой, лежащей в пределах контура . При однородном уширении форма линии описывает спектральные характеристики каждой частицы и всех частиц в целом. Но конечное время жизни частиц не является единственной причиной уширения линий. Излучающие частицы находятся, как правило, в тепловом движении. В соответствии с эффектом Доплера частота, испускаемая движущимся источником колебаний, претерпевает смещение, пропорциональное скорости движения излучателя V. Смещение частоты зависит также от угла j между направлением движения и линией, соединяющей излучатель с приёмником и составляет . Так как излучающие частицы движутся с различными скоростями и в различных направлениях, то частотные сдвиги излучаемых ими линий различны. Поэтому даже в случае отсутствия столкновений неподвижный спектральный прибор будет регистрировать множество естественно уширенных линий, различно смещённых относительно частоты n0. Суперпозиция этих смещённых линий и даёт наблюдаемый профиль уширённой линии. Это так называемое доплеровское уширение линии является неоднородным. Каждая частица в описанной ситуации может излучать линию лишь в узком, определяемом естественным уширением, спектральном диапазоне, сдвинутом относительно n0 на конкретную величину, однозначно связанную со скоростью и направлением движения этой частицы. Естественно, что и поглощать излучение с фиксированной частотой смогут только те частицы, доплеровский сдвиг которых соответствует этой частоте. При максвелловском распределении излучающих частиц по скоростям где - средняя тепловая скорость; m - масса частицы. При этом линия излучения имеет гауссов профиль, описываемый форм-фактором . Аналогично с выражение нормировано на единицу .

В общем случае полная ширина линии излучения определяется всеми механизмами уширения. Однако в реальной ситуации чаще всего преобладающим является один. Это вызвано различным характером зависимости и от внешних условий. Так, например, в случае газовой излучающей среды линейно растёт с концентрацией частиц, а зависит только от температуры. Поэтому при малых давлениях уширение будет определяться доплеровским эффектом, а при больших - столкновениями. Спектральное распределение излучаемой линии имеет вид симметричной резонансной кривой (рис.6) с максимумом на частоте n=n0, спадающей до уровня половины максимальной интенсивности при частотах

   
 


. Наличие уширения энергетических уровней и излучаемых линий, не влияя на интегральную частоту вынужденных переходов, приводит к уменьшению вероятности переходов с конкретной длиной волны. Т.к. линия излучения имеет спектральную форму q(n), то вероятность спонтанного излучения с заданной частотой будет определяться полной вероятностью соответствующих переходов А12 и видом форм-фактора q(n) т.е. Wсп(n)=А21*q(n) где Wсп(n)- вероятность спонтанного излучения. Вероятности спонтанного и вынужденных переходов связаны между собой, поэтому вероятность индуцированных излучения с заданной частотой W21(n) также зависит от n: W21(n)=B21*q(n)*sV, B21 – коэффициент Эйнштейна для индуцированного излучения, – спектральная объёмная плотность излучения. Интегральная вероятность индуцированного излучения W21при этом удовлетворяет условию . Для лоренцева вида линии форм-фактора такое интегрирование даёт , для гауссова , , - объёмная плотность излучения, d - дельта-функция. Сечение вынужденного фотоперехода для столкновительного уширения имеет вид: , для доплеровской формы линии , g1 – статистический вес уровня. Сечение вынужденного излучения s21=s0*g1, вынужденного поглощения s12=s0*g2. Процессы индуцированного излучения сопровождаются усилением электромагнитных волн. Пусть через среду, в которой частицы могут находиться в состояниях 1 и 2 с энергиями возбуждения e1 и e2 проходит поток монохроматического излучения удовлетворяющего соотношению hn0=e2-e1. Пусть плотность частиц в этих состояниях N1 и N2. Уравнение баланса плотности фотонов в пучке имеет вид: где np – объёмная концентрация фотонов. . Величину называют коэффициентом активной среды. Интенсивность света будет усиливается по мере прохождения через среду с К> 0. В противном случае при К< 0 будет иметь место ослабление интенсивности изучения. Знак К определяется знаком выражения (N2*g1-N1*g2), называемого инверсией среды. Усиление среды положительно только лишь при (N2*g1-N1*g2)> 0. В среде с термическим равновесием, где N1и N2 подчиняются распределению Больцмана и где N2 всегда меньше N1, усиление света невозможно. Таким образом, усиление света может иметь место лишь при отсутствии термодинамического равновесия между уровнями 2 и 2, т.е. в неравновесной среде. Среду с N2*g1-N1*g2> 0 называют средой с инверсной населённостью. Наилучшие условия резонансного излучения получаются при больших скоростях заселения и временах жизни верхнего уровня активных частиц и малых значениях этих величин для нижнего уровня.

Резонатор

Резонатор является оптической системой, позволяющей сформировать стоячую электромагнитную волну и получить высокую интенсивность излучения, необходимую для эффективного протекания процессов вынужденного излучения возбуждённых частиц рабочего тела лазера, а следовательно, когерентного усиления генерируемой волны. Оптические резонаторы в квантовой электронике не только увеличивают время жизни кванта в системе и вероятность вынужденных переходов, но и так же, как резонансные контуры и волноводы определяют спектральные характеристики излучения.

В длинноволновом диапазоне классической электроники длина волны излучения существенно больше размеров контура и его спектральные характеристики определяются сосредоточенными параметрами электрической цепи. Длинные радиоволны при этом излучаются в пространство практически изотропно. При сокращении длины волны и переход в СВЧ-диапазону для формирования электромагнитной волны используются пустотелые объёмные резонаторы с размерами, сравнимыми с длиной волны. При этом появляется возможность формирования направленных (анизотропных) распределений излучения в пространстве с помощью внешних антенн. В ИК и видимом диапазоне длина волны излучения много меньше размеров резонатора. В этом случае оптический резонатор определяет не только частоту, но и пространственные характеристики излучения.

Простейшим типом резонатора является резонатор Фабри-Перо, состоящий из двух параллельных зеркал, расположенных друг от друга на расстоянии Lp. В технологических лазерах резонатор Фабри-Перо используется крайне редко из-за больших дифракционных потерь. Чаще используются резонаторы с одной или двумя сферическими отражающими поверхностями. Свойства этих резонаторов зависят от знака и величины радиуса их кривизны R, а также от Lp и определяются стабильностью существования в нём электромагнитной волны.

В так называемом устойчивом (стабильном) резонаторе распределение поля воспроизводится идентично при многократных проходах излучения между зеркалами и имеет стационарный характер. В результате попеременного отражения электромагнитных волн от зеркал волна формируется таким образом, что в приближении геометрической оптики не выходит за пределы зеркал в поперечном направлении и выводится из устойчивого резонатора только благодаря частичному пропусканию самих отражающих элементов. В случае отсутствия потерь, излучение могло бы существовать в устойчивом резонаторе бесконечно долго. В неустойчивом (нестабильном) резонаторе световые пучки (или описывающие их электромагнитные волны) в результате последовательных отражений от зеркал перемещаются в поперечном оси резонатора направлении к периферии и покидают его.

Свойства резонаторов и характеристики создаваемых ими пучков можно описывать и в волновом, и в геометрическом приближении. В качестве критерия применимости этих приближений удобно использовать так называемое число Френеля , где a, L – характерные размеры задачи поперёк пучка и вдоль направления его распространения. Условие NF> > 1 соответствует применимости геометрического приближения. При NF£ 1 необходимо учитывать также волновые свойства электромагнитного излучения.


В геометрическом приближении условие устойчивости резонатора имеет вид: . Расстояние между зеркалами Lp в этом выражении всегда положительно, а R1 и R2 положительны только для вогнутых т.е. фокусирующих зеркал и отрицательны для зеркал с выпуклой поверхностью. Для устойчивых резонаторов существует стационарное распределение интенсивности электромагнитного поля. В общем случае интенсивность излучения в устойчивых резонаторах распределена не равномерно по всему объёму резонатора, а сосредоточена внутри области, называемой каустикой (рис.9). Радиусы w1, w2, этой области на зеркалах а также её минимальный радиус w0 в месте перетяжки определяются длиной волны и параметрами резонатора (R1, R2, Lp). Для основного типа колебаний их можно рассчитать с помощью соотношений:

Расстояния L1 L2 от места положения перетяжки до зеркал составляют: .

Наибольшее распространение получил среди устойчивых резонаторов полуконфокальный резонатор, у которого одно зеркало плоское (R2=¥ ) а второе имеет радиус R1=2LP т.е. его фокус лежит на плоском зеркале. Основное удобство полуконфокального резонатора, определяющее его широкую распространённость, заключается в возможности использования для вывода излучения плоских окон из частично прозрачных материалов а также в параллельности выходящего пучка. В случае использования металлических зеркал излучение можно выводить через одно из них или систему отверстий.

Устойчивый резонатор сравнительно прост в эксплуатации. Он легко юстируется, достаточно устойчив по отношению в разъюстировке. Его сферические зеркала сравнительно просто поддаются изготовлению и контролю радиуса кривизны. Поэтому они находят широкое применение в лазерной технике, особенно в технике маломощных (£ 1 кВт) лазеров. К числу недостатков устойчивых резонаторов следует отнести несовпадение объёма каустики с объёмом активной среды, что приводит к уменьшению КПД и увеличению размеров лазера, а также повышенные значения плотности мощности при перетяжке, что в случае её малых размеров может привести к оптическому пробою. Однако самым серьёзным недостатком устойчивых резонаторов является невысокая лучевая стойкость используемых в качестве выходных окон диэлектрических оптических материалов. Именно это обстоятельство ограничивает использование устойчивых резонаторов при больших плотностях излучения.

В лазерах повышенной мощности в последнее время широкое распространение получили неустойчивые резонаторы со сферическими металлическими зеркалами. Наиболее часто в лазерной технике используется телескопический конфокальный неустойчивый резонатор, дающий на выходе параллельный пучок. Одно из его зеркал выпуклое, а другое вогнутое. Генерация возникает в приосевой зоне. Покидающее эту зону излучение усиливается при многократных проходах между зеркалами, смещаясь к периферии резонатора. Относительная величина смещения положения луча на выпуклом зеркале за один проход называется коэффициентом увеличения резонатора . В отличие от устойчивого резонатора прозрачность неустойчивого резонатора определяется не пропусканием излучения выходным зеркалом, а геометрическими размерами системы. Из-за геометрического расширения излучения его интенсивность падает на одном проходе в М2 раз. Однако в стационарных условиях при малых внутрирезонансных потерях усиление излучения на одном проходе также составит М2. Таким образом, весь неустойчивый резонатор заполнен излучением с практически равной интенсивностью, что в отличие от устойчивых резонаторов обеспечивает полное и равномерное использование всей активной среды. Если добавить к этому высокую лучевую стойкость металлических зеркал, то преимущество неустойчивых резонаторов для мощных лазерных систем становится очевидным.

Преимущества СО2-лазеров

Данные о диффузионном СО2-лазере с высокочастотным возбуждением показывают многие преимущества такого типа возбуждения активной среды по сравнению с возбуждением разрядами постоянного и переменного тока. ВЧЕ-разряд устойчивее разряда постоянного тока, в нём достижим существенно больший энерговклад. Балластным сопротивлениям, которые всегда оказывают благотворное действие на стабильность разряда, можно придать ёмкостный (реактивный) характер, что избавляет от бесполезных потерь энергии, которые о обычных омических балластниках составляют примерно 30% подводимой электрической мощности. Существенное преимущество ВЧЕР - это возможность избавиться от катодных слоёв, свойственных разрядам и постоянного и переменного тока. В катодных слоях бесполезно теряется часть энергии, кроме того, в них обычно рождаются возмущения, от которых развивается неустойчивости. Эти преимущества обеспечивает только слаботочная форма ВЧЕ-разряда. Поэтому для СО2-лазера необходим именно слаботочный режим, в котором получены рекордные мощности излучения: ~0, 83 Вт/см. Недостаток этого режима – ограничение на плотность тока, длину промежутка и давление. Над улучшением данных характеристик ведётся работа. Также большим преимуществом является удобство работы с длинными трубками, низкие рабочие напряжения, высокая устойчивость и однородность. Дальнейший прогресс в области диффузионных СО2-лазеров с ВЧ-накачкой связан с исследованием условий протекания тока на границах плазмы ВЧ-разряда с электродами, а также решением проблем, связанных с волноводным режимом работы резонатора, увеличение скорости теплоотвода на стенки разрядной трубки.

Преимущества лазерной обработки:

Технология лазерной обработки, получившая свое рождение около трех десятилетий назад, в настоящее время переживает пик своего развития и популярности. Современные лазерные технологии стремительно внедряются в промышленное производство и рекламный бизнес, часто вытесняя традиционные методы обработки материалов. Сфокусированный лазерный луч регулируемой мощности оказался идеальным " рабочим инструментом" для создателей нового оборудования. Лазер, как инструмент обработки материалов, работает быстро, не изнашивается и не требует приложения усилий, он экономичен, в высшей степени точен, а его воздействие легко поддается контролю и управлению.

Лазерные технологии обработки обладают рядом преимуществ, способствующих расширению их применения в промышленном производстве и сфере услуг:

• широкий спектр обрабатываемых материалов;
• отсутствие механического воздействия на изделия при минимальном термическом;
• прецизионность, высокая контрастность и стойкость наносимых изображений;
• высокая скорость и производительность;
• возможность лазерной обработки в труднодоступных местах.

  Процесс маркировки
лазерный (волоконный лазер ) лазерный ( Nd-YAG ) лазерный ( СО2 ) электро- химический механи- ческий
   
Маркируемые материалы 0 = не маркируется / 1 = удовлетворительно / 2 = очень хорошо
 
Металл
Пластик
Резина
Дерево
Бумага, картон
Стекло, оргстекло
 
Характеристики процесса маркировки        
 
Декоративная привлекательность Высокая Высокая Высокая Низкая
Стойкость знаков Высокая Высокая Высокая Высокая
Деформация изделия нет нет нет есть
Возможность серийной нумерации Высокая Высокая Низкая Высокая
Оперативность изменения Высокая Высокая Низкая Высокая
Встраиваемость в технологическую линию Высокая Высокая Низкая Низкая
Себестоимость маркировки Высокая Средняя Низкая Средняя
Квалификация персонала Высокая Высокая Низкая Средняя
                 

 

Лазерные технологии во многих случаях полностью вытесняют традиционные методы обработки материалов. Воздействуя на поверхность обрабатываемого изделия лазерное излучение может резать самые различные материалы – от бумаги и фольги до металлов, композитов и керамики, изменяет структуру поверхности материала и придает ей совершенно новые свойства. Высокая эффективность лазерных технологий определяется высокой скоростью, локальностью и бесконтактностью обработки, отсутствием механических и тепловых деформаций, легкостью управления и возможностью полной автоматизации процесса обработки, отсутствием быстроизнашиваемого инструмента.

Лазерный луч фокусируется на поверхности изделия в пятно очень малого диаметра (0, 02-0, 2 мм). Благодаря такой острой фокусировке на поверхности материала создается чрезвычайно высокая плотность мощности лазерного излучения. Это приводит к практически мгновенному плавлению и испарению материала, находящегося в зоне воздействия лазерного луча. При лазерной резке расплавленный и испаренный материал удаляется струей сжатого газа, а сам лазерный луч перемещается по поверхности материала. В случае лазерной гравировки или маркировки удаляется или модифицируется только тонкий поверхностный слой материала.

Лазерная резка дает возможность осуществлять раскрой самых различных материалов (металлов, оргстекла, ПВХ, полистирола, дерева, фанеры, ДСП, кожи, тканей, линолеума, керамики, стекла, композитов и многих других) по контуру любой сложности. Характеризуется высокой производительностью (до 25м/мин), высокой точностью отработки заданного контура (0, 05-0, 2мм), малой шириной реза (0, 05-0, 5мм) и высоким качеством его поверхности, во многих случаях не требующей последующей механической обработки.

 

Лазерная маркировка и гравировка посредством удаления или модификации тонкого поверхностного слоя позволяют наносить надписи и рисунки самой сложной конфигурации и с высоким разрешением, изготавливать разнообразные изделия, в т.ч. сувениры, из дерева, металла, пластика, стекла, кожи и других материалов. При использовании специальных пластиков создаются двуцветные изделия.

 

Лазерная сварка позволяет осуществлять прецизионную сварку металлов толщиной от 0, 1 до 10-20мм. Ввиду локальности и высокой скорости лазерного воздействия, окружающая область материала практически не нагревается, соответственно минимизируется область термического влияния, отсутствуют термодеформации или иные нарушения формы обрабатываемого изделия.

 

При лазерной термообработке (поверхностная закалка, термоупрочнение, наплавка и т.п.) за счет очень быстрого нагрева тонкого поверхностного слоя металла происходит существенные изменения механических и физико-химических свойств этого слоя при сохранении характеристик основного металла.

 

Товаров и предметов, которые изготавливаются с помощью лазерной обработки, очень и очень много. Вот только некоторые наиболее распространенные применения лазерной резки и гравировки.

 

Рекламная и сувенирная продукция. Из пластика, дерева и тонколистового металла можно изготавливать самые различные сувениры, таблички для размещения внутри помещений или вывески для установки на фасадах зданий. С помощью лазера изготавливаются элементы (буквы, знаки, эмблемы и т.п.) наружной рекламы, детали оформления выставочных и офисных помещений, информационных стендов и панелей. Наличие широкой гаммы специальных материалов для лазерной гравировки позволяет изготавливать псевдоцветные изделия, воспроизвести самые мелкие детали рисунка.

Торговое оборудование - в настоящее время лазерная резка является основной технологией, которая используется при производстве разнообразного торгового инвентаря - держателей ценников, подставок по самые различные товары, оформления торговых помещений

Детали мебели, оформления интерьера, загородного дома.

Лазерная резка позволяет вырезать контур любой сложности при изготовлении деталей мебели из дерева, фанеры или ламината создать имитацию резьбы по дереву, изготовить резные детали оформления интерьера помещения или внешней отделки дома.

Трехмерное моделирование

Лекала, трафареты

Изготовление прокладок

Средства обучения. Изготовление из пластика, дерева. картона и наглядных пособий.

Печати и штампы. Возможности лазера позволяют создавать печати, соответствующие всем стандартам.

Идентификационные знаки. Лазерный технологии позволяет изготовить шильды, нанести на поверхность изделия штрих-код, товарный знак, дату изготовления, другие идентифицирующие метки, в т.ч. при очень высокой производительности.

Изготовление штанц-форм Вырезание сложноконтурных пазов в толстой фанере для установки вырубных ножей (изготовление картонной тары).

Лазерная резка металлов

Сфокусированное лазерное излучение, обеспечивая высокую концентрацию энергии, позволяет разрезать практически любые материалы независимо от их теплофизических свойств. При этом можно получить узкие резы с минимальной зоной термического влияния. При лазерной резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал, возникают минимальные деформации, как временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания.
Вследствие этого лазерную резку даже легкодеформируемых и нежестких заготовок и деталей можно осуществлять с высокой степенью точности. Благодаря большой мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса в сочетании с высоким качеством поверхностей реза. Легкое и сравнительно простое управление лазерным излучением позволяет осуществлять лазерную резку по сложному контуру плоских и объемных деталей и заготовок с высокой степенью автоматизации процесса. Кратко рассмотренные особенности лазерной резки наглядно демонстрируют несомненные преимущества процесса по сравнению с традиционными методами обработки.
Для лазерной резки металлов применяют технологические установки на основе твердотельных и газовых CO2-лазеров, работающих как в непрерывном, так и в импульсно-периодическом режимах излучения. Промышленное применение газолазерной резки с каждым годом увеличивается, но этот процесс не может полностью заменить традиционные способы разделения металлов. В сопоставлении со многими из применяемых на производстве установок стоимость лазерного оборудования для резки еще достаточно высока, хотя в последнее время наметилась тенденция к ее снижению. В связи с этим процесс лазерной резки становится эффективным только при условии обоснованного и разумного выбора области применения, когда использование традиционных способов трудоемко или вообще невозможно.

Лазерная резка осуществляется путем сквозного прожига листовых металлов лучом лазера. Такая технология имеет ряд очевидных преимуществ перед другими способами раскроя:

ü Отсутствие механического контакта позволяет обрабатывать хрупкие и деформирующиеся материалы;

ü Обработке поддаются материалы из твердых сплавов;

ü При выпуске небольших партий продукции целесообразней провести лазерный раскрой материала, чем изготавливать для этого дорогостоящие пресс-формы или формы для литья;

ü Для автоматического раскроя материала достаточно подготовить файл рисунка в любой чертежной и перенести файл на компьютер установки, которая выдержит погрешности в очень малых величинах;

ü Для лазерной резки подходит любая сталь любого состояния, сплавы алюминия и другие цветные металлы.

Лазерной резки обрабатывают такие материалы:
сталь от 0.2 мм до 20 мм
нержавеющая сталь от 0.2 мм до 20 мм
алюминиевые сплавы от 0.2мм до 18 мм
латунь от 0.2мм до 12 мм
медь от 0.2мм до 15 мм
Максимальные размеры листа металла составляют 1500х3000 мм

Квантовое описание лазера

Возбуждённая частица может перейти в менее энер гетическое состояние самопроизвольно в результате спонтанного излучения, или, как его ещё называют, радиационного распада (рис. 1). Спонтанное излучение имеет чисто квантовую природу. Согласно квантовой механике атом или молекула не могут находиться в возбуждённом состоянии бесконечно долго. Возбуждённое состояние распадается с конечной скоростью, определяемой вероятностью этого перехода в единицу времени , испуская при этом квант света с энергией hn0=e2-e1 А(2)®А(1)+ hn0 ( - коэффициент Эйнштейна для спонтанных переходов). Изменение концентрации частиц N2на верхнем уровне в результате спонтанных переходов описывается выражением . Кванты света, родившиеся в результате спонтанных переходов обладают одинаковой энергией но никоим образом не связаны между собой. Направления распространения этих квантов в пространстве равновероятны. Так как рождение кванта может с равной вероятностью произойти в любой момент времени, электромагнитные волны, соответствующие этим квантам, не связаны между собой по фазе и имеют произвольную поляризацию.

В отличие от спонтанных переходов, способных происходить в изолированной частице, безизлучательные переходы возможны только при наличии взаимодействия частицы А с другой частицей или системой частиц В. В результате такого взаимодействия частица переходит из состояния 1 в состояние 2 или наоборот без излучения кванта света и без его участия. Процесс столкновительного возбуждения (рис.2) требует затраты кинетической энергии и протекает по схеме А(1)+В®А(2)+В. Процесс столкновительной релаксации на (рис.3) наоборот сопровождается переходом энергии в поступательную энергию взаимодействующих частиц либо тратится на возбуждение частицы В. Этот переход происходит по схеме A(2)+B®A(1)+B+ . Индуцированные, или, как их иногда называют, вынужденные переходы в соответствии с гипотезой А. Эйнштейна могут происходить только при взаимодействии частицы А с резонансными квантами, удовлетворяющими условию hn0=e2-e1 т.е вероятность индуцированных переходов отлична от нуля лишь во внешнем электромагнитном поле с резонансной частотой n0. А. Эйнштейн предположил, что при наличии поля резонансной частоты помимо переходов квантовой системы из состояния 1 в состояние 2, что соответствует резонансному поглощению квантов, протекающему по схеме А(1)+hn0®A(2) (рис.4) возможны переходы по схеме А(2)+hn0®А(1)+2hn0 (рис.5). Данный процесс индуцирования или вынужденного излучения и служит основой квантовой электроники.


Поделиться:



Популярное:

  1. PEST-анализ макросреды предприятия. Матрица профиля среды, взвешенная оценка, определение весовых коэффициентов. Матрицы возможностей и матрицы угроз.
  2. Автономность, независимость от культуры и среды, воля и активность
  3. Анализ баланса реактивной мощности на границе раздела энергоснабжающей организации и потребителя, и при необходимости определение мощности батарей конденсаторов для сети напряжением выше 1 кВ
  4. Анализ развивающей предметно-пространственной среды, МТБ
  5. Бетонирование в термоактивной опалубке
  6. Воспитание – процесс целенаправленного формирования личности в условиях специально организованной среды, обеспечивающей взаимодействие воспитателей и воспитуемых.
  7. Гид по Таро. Практическое решение проблем и получение советов
  8. Глава III. Получение впечатлений.
  9. Дальнейшая композиция сказки Получение волшебного средства
  10. Земля как основа жизни и деятельности человека, незаменимый компонент природы и окружающей среды, недвижимое имущество, объект права собственности и иных прав.
  11. Исследование трехфазной электрической цепи с активной нагрузкой, соединенных по схеме «треугольник»
  12. Компенсация реактивной нагрузки


Последнее изменение этой страницы: 2016-05-03; Просмотров: 582; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.057 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь