ලේසර් උත්පාදනයේ මූලධර්මය

ලේසර් වල මූලධර්මය අප දැනගත යුත්තේ ඇයි?

පොදු අර්ධ සන්නායක ලේසර්, තන්තු, තැටි සහ ලේසර් අතර වෙනස්කම් දැන ගැනීම.YAG ලේසර්තෝරා ගැනීමේ ක්‍රියාවලියේදී වඩා හොඳ අවබෝධයක් ලබා ගැනීමට සහ වැඩි සාකච්ඡා වල නිරත වීමට ද උපකාරී වේ.

ලිපිය ප්‍රධාන වශයෙන් අවධානය යොමු කරන්නේ ජනප්‍රිය විද්‍යාව කෙරෙහි ය: ලේසර් උත්පාදනයේ මූලධර්මය, ලේසර්වල ප්‍රධාන ව්‍යුහය සහ පොදු ලේසර් වර්ග කිහිපයක් පිළිබඳ කෙටි හැඳින්වීමක්.

පළමුව, ලේසර් උත්පාදනයේ මූලධර්මය

ආලෝකය සහ පදාර්ථය අතර අන්තර්ක්‍රියා හරහා ලේසර් ජනනය වන අතර එය උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ විස්තාරණය ලෙස හැඳින්වේ; උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ විස්තාරණය අවබෝධ කර ගැනීම සඳහා අයින්ස්ටයින්ගේ ස්වයංසිද්ධ විමෝචනය, උත්තේජනය කරන ලද අවශෝෂණය සහ උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ පිළිබඳ සංකල්ප මෙන්ම අවශ්‍ය න්‍යායාත්මක පදනම් කිහිපයක් තේරුම් ගැනීම අවශ්‍ය වේ.

න්‍යායික පදනම 1: බෝර් ආකෘතිය

බෝර් ආකෘතිය ප්‍රධාන වශයෙන් පරමාණුවල අභ්‍යන්තර ව්‍යුහය සපයන අතර, ලේසර් සිදුවන ආකාරය තේරුම් ගැනීම පහසු කරයි. පරමාණුවක් න්‍යෂ්ටියෙන් පිටත න්‍යෂ්ටියකින් සහ ඉලෙක්ට්‍රෝන වලින් සමන්විත වන අතර ඉලෙක්ට්‍රෝන වල කක්ෂ අත්තනෝමතික නොවේ. ඉලෙක්ට්‍රෝන වලට ඇත්තේ ඇතැම් කාක්ෂික පමණක් වන අතර, ඒ අතර අභ්‍යන්තරතම කක්ෂය භූමි තත්වය ලෙස හැඳින්වේ; ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් භූමි තත්වයේ තිබේ නම්, එහි ශක්තිය අවම වේ. ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් කක්ෂයෙන් පිටතට පැන්නේ නම්, එය පළමු උද්යෝගිමත් තත්වය ලෙස හඳුන්වන අතර, පළමු උද්යෝගිමත් තත්වයේ ශක්තිය භූමි තත්වයට වඩා වැඩි වනු ඇත; තවත් කක්ෂයක් දෙවන උද්යෝගිමත් තත්වය ලෙස හැඳින්වේ;

ලේසර් ඇතිවීමට හේතුව මෙම ආකෘතියේ ඉලෙක්ට්‍රෝන විවිධ කක්ෂවල ගමන් කරන බැවිනි. ඉලෙක්ට්‍රෝන ශක්තිය අවශෝෂණය කරන්නේ නම්, ඒවාට භූමි තත්වයේ සිට උද්යෝගිමත් තත්වයට දිව යා හැකිය; ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් උද්යෝගිමත් තත්වයේ සිට භූමි තත්වයට නැවත පැමිණියහොත්, එය ශක්තිය මුදා හරිනු ඇත, එය බොහෝ විට ලේසර් ආකාරයෙන් මුදා හරිනු ලැබේ.

න්‍යායික පදනම 2: අයින්ස්ටයින්ගේ උත්තේජිත විකිරණ න්‍යාය

1917 දී, අයින්ස්ටයින් විසින් ලේසර් සහ ලේසර් නිෂ්පාදනය සඳහා න්‍යායික පදනම වන උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ පිළිබඳ න්‍යාය යෝජනා කරන ලදී: පදාර්ථ අවශෝෂණය හෝ විමෝචනය මූලික වශයෙන් විකිරණ ක්ෂේත්‍රය සහ පදාර්ථය සෑදෙන අංශු අතර අන්තර්ක්‍රියාවේ ප්‍රතිඵලයක් වන අතර එහි මූලික සාරය වන්නේ විවිධ ශක්ති මට්ටම් අතර අංශු සංක්‍රමණය වීමයි. ආලෝකය සහ පදාර්ථය අතර අන්තර්ක්‍රියාවේ විවිධ ක්‍රියාවලීන් තුනක් ඇත: ස්වයංසිද්ධ විමෝචනය, උත්තේජනය කරන ලද විමෝචනය සහ උත්තේජනය කරන ලද අවශෝෂණය. අංශු විශාල සංඛ්‍යාවක් අඩංගු පද්ධතියක් සඳහා, මෙම ක්‍රියාවලීන් තුන සැමවිටම සහජීවනයෙන් පවතින අතර සමීපව සම්බන්ධ වේ.

ස්වයංසිද්ධ විමෝචනය:

රූපයේ දැක්වෙන පරිදි: අධි ශක්ති මට්ටමේ E2 හි ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ස්වයංසිද්ධව අඩු ශක්ති මට්ටම E1 වෙත සංක්‍රමණය වී hv, සහ hv=E2-E1 ශක්තියක් සහිත ෆෝටෝනයක් විමෝචනය කරයි; මෙම ස්වයංසිද්ධ හා සම්බන්ධ නොවන සංක්‍රාන්ති ක්‍රියාවලිය ස්වයංසිද්ධ සංක්‍රාන්තිය ලෙස හඳුන්වන අතර ස්වයංසිද්ධ සංක්‍රාන්ති මගින් විමෝචනය වන ආලෝක තරංග ස්වයංසිද්ධ විකිරණ ලෙස හැඳින්වේ.

ස්වයංසිද්ධ විමෝචනයේ ලක්ෂණ: සෑම ෆෝටෝනයක්ම ස්වාධීන වන අතර විවිධ දිශාවන් සහ අදියරයන් ඇති අතර, සිදුවීම් කාලය ද අහඹු වේ. එය අසංගත සහ අවුල් සහගත ආලෝකයට අයත් වන අතර එය ලේසර් මගින් අවශ්‍ය ආලෝකය නොවේ. එබැවින්, ලේසර් උත්පාදන ක්‍රියාවලියට මෙම ආකාරයේ අයාලේ යන ආලෝකය අඩු කිරීමට අවශ්‍ය වේ. විවිධ ලේසර් වල තරංග ආයාමයේ අයාලේ යන ආලෝකය ඇති වීමට මෙයද එක් හේතුවකි. හොඳින් පාලනය කළහොත්, ලේසර් තුළ ස්වයංසිද්ධ විමෝචනයේ අනුපාතය නොසලකා හැරිය හැකිය. ලේසර් පිරිසිදු වන තරමට, උදාහරණයක් ලෙස 1060 nm, මෙම වර්ගයේ ලේසර් සාපේක්ෂව ස්ථාවර අවශෝෂණ අනුපාතයක් සහ බලයක් ඇත.

උත්තේජනය කරන ලද අවශෝෂණය:

අඩු ශක්ති මට්ටම්වල (අඩු කාක්ෂික) ඉලෙක්ට්‍රෝන, ෆෝටෝන අවශෝෂණය කිරීමෙන් පසු ඉහළ ශක්ති මට්ටම්වලට (ඉහළ කාක්ෂික) සංක්‍රමණය වන අතර, මෙම ක්‍රියාවලිය උත්තේජනය කරන ලද අවශෝෂණය ලෙස හැඳින්වේ. උත්තේජනය කරන ලද අවශෝෂණය ඉතා වැදගත් වන අතර ප්‍රධාන පොම්ප කිරීමේ ක්‍රියාවලීන්ගෙන් එකකි. ලේසර් හි පොම්ප ප්‍රභවය මඟින් ලාභ මාධ්‍යයේ අංශු සංක්‍රමණය වීමට සහ ඉහළ ශක්ති මට්ටම්වල උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ සඳහා රැඳී සිටීමට ෆෝටෝන ශක්තිය සපයයි, ලේසර් විමෝචනය කරයි.

උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ:

බාහිර ශක්තියේ ආලෝකයෙන් (hv=E2-E1) විකිරණය වූ විට, ඉහළ ශක්ති මට්ටමේ ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනය බාහිර ෆෝටෝනයෙන් උද්දීපනය වී අඩු ශක්ති මට්ටමට පනියි (ඉහළ කක්ෂය පහළ කක්ෂයට දිව යයි). ඒ සමඟම, එය බාහිර ෆෝටෝනයට හරියටම සමාන ෆෝටෝනයක් විමෝචනය කරයි. මෙම ක්‍රියාවලිය මුල් උද්දීපන ආලෝකය අවශෝෂණය නොකරයි, එබැවින් සමාන ෆෝටෝන දෙකක් ඇති අතර, ඉලෙක්ට්‍රෝනය කලින් අවශෝෂණය කරන ලද ෆෝටෝනය පිට කරන විට එය තේරුම් ගත හැකිය. මෙම දීප්ති ක්‍රියාවලිය උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ ලෙස හැඳින්වේ, එය උත්තේජනය කරන ලද අවශෝෂණයේ ප්‍රතිලෝම ක්‍රියාවලියයි.

න්‍යාය පැහැදිලි වූ පසු, ඉහත රූපයේ දැක්වෙන පරිදි ලේසර් එකක් තැනීම ඉතා සරල ය: ද්‍රව්‍ය ස්ථායිතාවයේ සාමාන්‍ය තත්වයන් යටතේ, ඉලෙක්ට්‍රෝනවලින් අතිමහත් බහුතරයක් භූගත තත්වයේ ද, ඉලෙක්ට්‍රෝන භූගත තත්වයේ ද, ලේසර් උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ මත රඳා පවතී. එමනිසා, ලේසර් ව්‍යුහය වන්නේ පළමුව උත්තේජනය කරන ලද අවශෝෂණය සිදුවීමට ඉඩ දීම, ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉහළ ශක්ති මට්ටමට ගෙන ඒම සහ පසුව ඉහළ ශක්ති මට්ටමේ ඉලෙක්ට්‍රෝන විශාල සංඛ්‍යාවක් උත්තේජනය කරන ලද විකිරණවලට භාජනය වීමට හේතු වන පරිදි උද්දීපනයක් ලබා දීම, ෆෝටෝන මුදා හැරීම, මෙයින් ලේසර් ජනනය කළ හැකිය. ඊළඟට, අපි ලේසර් ව්‍යුහය හඳුන්වා දෙන්නෙමු.

ලේසර් ව්‍යුහය:

ලේසර් ව්‍යුහය කලින් සඳහන් කළ ලේසර් උත්පාදන කොන්දේසි එකින් එක ගලපන්න:

සිදුවීමේ තත්ත්වය සහ අනුරූප ව්‍යුහය:

1. ලේසර් වැඩ කරන මාධ්‍යය ලෙස විස්තාරණ බලපෑමක් ලබා දෙන ලාභ මාධ්‍යයක් ඇති අතර, එහි සක්‍රිය අංශු උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ ජනනය කිරීම සඳහා සුදුසු ශක්ති මට්ටමේ ව්‍යුහයක් ඇත (ප්‍රධාන වශයෙන් අධි ශක්ති කක්ෂවලට ඉලෙක්ට්‍රෝන පොම්ප කිරීමට සහ නිශ්චිත කාලයක් පැවතීමට හැකියාව ඇති අතර, පසුව උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ හරහා එක් හුස්මකින් ෆෝටෝන මුදා හැරීමට හැකියාව ඇත);

2. පහළ මට්ටමේ සිට ඉහළ මට්ටමට ඉලෙක්ට්‍රෝන පොම්ප කළ හැකි බාහිර උත්තේජක ප්‍රභවයක් (පොම්ප ප්‍රභවයක්) ඇත, එමඟින් ලේසර් ඉහළ සහ පහළ මට්ටම් අතර අංශු සංඛ්‍යා ප්‍රතිලෝමයක් ඇති කරයි (එනම්, අඩු ශක්ති අංශු වලට වඩා වැඩි ශක්ති අංශු ඇති විට), උදාහරණයක් ලෙස YAG ලේසර්වල සෙනෝන් ලාම්පුව;

3. ලේසර් දෝලනය ලබා ගත හැකි, ලේසර් වැඩ කරන ද්‍රව්‍යයේ ක්‍රියාකාරී දිග වැඩි කළ හැකි, ආලෝක තරංග මාදිලිය තිරගත කළ හැකි, කදම්භයේ ප්‍රචාරණ දිශාව පාලනය කළ හැකි, ඒකවර්ණතාව වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා උත්තේජනය කරන ලද විකිරණ සංඛ්‍යාතය තෝරා බේරා විස්තාරණය කළ හැකි අනුනාද කුහරයක් ඇත (ලේසර් නිශ්චිත ශක්තියකින් ප්‍රතිදානය වන බව සහතික කරයි).

ඉහත රූපයේ අනුරූප ව්‍යුහය දක්වා ඇති අතර එය YAG ලේසර් එකක සරල ව්‍යුහයකි. අනෙකුත් ව්‍යුහයන් වඩාත් සංකීර්ණ විය හැකි නමුත් හරය මෙයයි. ලේසර් උත්පාදන ක්‍රියාවලිය රූපයේ දැක්වේ:

ලේසර් වර්ගීකරණය: සාමාන්‍යයෙන් ලාභ මාධ්‍යය හෝ ලේසර් ශක්ති ආකාරය අනුව වර්ගීකරණය කර ඇත

ලාභ මධ්‍යම වර්ගීකරණය:

කාබන් ඩයොක්සයිඩ් ලේසර්: කාබන් ඩයොක්සයිඩ් ලේසර් වල ලාභ මාධ්‍යය හීලියම් සහCO2 ලේසර්,10.6um ලේසර් තරංග ආයාමයක් සහිත, එය දියත් කරන ලද මුල්ම ලේසර් නිෂ්පාදන වලින් එකකි. මුල් ලේසර් වෑල්ඩින් ප්‍රධාන වශයෙන් කාබන් ඩයොක්සයිඩ් ලේසර් මත පදනම් වූ අතර, එය දැනට ප්‍රධාන වශයෙන් ලෝහ නොවන ද්‍රව්‍ය (රෙදි, ප්ලාස්ටික්, දැව ආදිය) වෑල්ඩින් කිරීම සහ කැපීම සඳහා භාවිතා කරයි. ඊට අමතරව, එය ලිතෝග්‍රැෆි යන්ත්‍රවල ද භාවිතා වේ. කාබන් ඩයොක්සයිඩ් ලේසර් දෘශ්‍ය තන්තු හරහා සම්ප්‍රේෂණය කළ නොහැකි අතර අවකාශීය දෘශ්‍ය මාර්ග හරහා ගමන් කරයි, මුල්ම ටොංකුයි සාපේක්ෂව හොඳින් සිදු කරන ලද අතර, කැපුම් උපකරණ රාශියක් භාවිතා කරන ලදී;

YAG (යිට්‍රියම් ඇලුමිනියම් ගාර්නට්) ලේසර්: නියෝඩියමියම් (Nd) හෝ යිට්‍රියම් (Yb) ලෝහ අයන සමඟ මාත්‍රණය කරන ලද YAG ස්ඵටික ලේසර් ලාභ මාධ්‍යය ලෙස භාවිතා කරන අතර, විමෝචන තරංග ආයාමය 1.06um වේ. YAG ලේසර් මඟින් ඉහළ ස්පන්දන ප්‍රතිදානය කළ හැකි නමුත් සාමාන්‍ය බලය අඩු වන අතර උපරිම බලය සාමාන්‍ය බලය මෙන් 15 ගුණයකට ළඟා විය හැකිය. එය ප්‍රධාන වශයෙන් ස්පන්දන ලේසර් නම්, අඛණ්ඩ ප්‍රතිදානය ලබා ගත නොහැක; නමුත් එය දෘශ්‍ය තන්තු හරහා සම්ප්‍රේෂණය කළ හැකි අතර, ඒ සමඟම, ලෝහ ද්‍රව්‍යවල අවශෝෂණ අනුපාතය වැඩි වන අතර, එය ඉහළ පරාවර්තක ද්‍රව්‍යවල යෙදීමට පටන් ගෙන ඇත, පළමුව 3C ක්ෂේත්‍රයේ යොදනු ලැබේ;

ෆයිබර් ලේසර්: වෙළඳපොලේ වත්මන් ප්‍රධාන ධාරාව 1060nm තරංග ආයාමයක් සහිත ytterbium මාත්‍රණය කළ තන්තු ලාභ මාධ්‍යය ලෙස භාවිතා කරයි. එය මාධ්‍යයේ හැඩය මත පදනම්ව තන්තු සහ තැටි ලේසර් ලෙස තවදුරටත් බෙදා ඇත; ෆයිබර් ඔප්ටික් IPG නියෝජනය කරන අතර තැටිය Tongkuai නියෝජනය කරයි.

අර්ධ සන්නායක ලේසර්: ලාභ මාධ්‍යය අර්ධ සන්නායක PN සන්ධියක් වන අතර අර්ධ සන්නායක ලේසර් වල තරංග ආයාමය ප්‍රධාන වශයෙන් 976nm වේ. වර්තමානයේ, අර්ධ සන්නායක ආසන්න අධෝරක්ත ලේසර් ප්‍රධාන වශයෙන් ආවරණ සඳහා භාවිතා කරන අතර, 600um ට වැඩි ආලෝක ලප ඇත. ලේසර්ලයින් යනු අර්ධ සන්නායක ලේසර්වල නියෝජිත ව්‍යවසායයකි.

ශක්ති ක්‍රියාකාරීත්වයේ ආකාරය අනුව වර්ගීකරණය කර ඇත: ස්පන්දන ලේසර් (PULSE), අර්ධ අඛණ්ඩ ලේසර් (QCW), අඛණ්ඩ ලේසර් (CW)

ස්පන්දන ලේසර්: නැනෝ තත්පර, පිකෝ තත්පර, ෆෙම්ටෝ තත්පර, මෙම අධි-සංඛ්‍යාත ස්පන්දන ලේසර් (ns, ස්පන්දන පළල) බොහෝ විට ඉහළ උච්ච ශක්තියක්, ඉහළ සංඛ්‍යාත (MHZ) සැකසුම් ලබා ගත හැකි අතර, තුනී තඹ සහ ඇලුමිනියම් අසමාන ද්‍රව්‍ය සැකසීම සඳහා මෙන්ම බොහෝ දුරට පිරිසිදු කිරීම සඳහා භාවිතා කරයි. ඉහළ උච්ච ශක්තිය භාවිතා කිරීමෙන්, එය අඩු ක්‍රියාකාරී කාලයක් සහ කුඩා තාප බලපෑමට ලක් වූ කලාපයක් සහිත මූලික ද්‍රව්‍ය ඉක්මනින් උණු කළ හැකිය. අතිශය තුනී ද්‍රව්‍ය (0.5mm ට අඩු) සැකසීමේදී එයට වාසි ඇත;

අර්ධ අඛණ්ඩ ලේසර් (QCW): ඉහළ පුනරාවර්තන අනුපාතය සහ අඩු රාජකාරි චක්‍රය (50% ට අඩු) හේතුවෙන් ස්පන්දන පළලQCW ලේසර්කිලෝවොට් මට්ටමේ අඛණ්ඩ ෆයිබර් ලේසර් සහ Q-ස්විච් කරන ලද ස්පන්දන ලේසර් අතර පරතරය පුරවමින්, 50 us-50 ms දක්වා ළඟා වේ; අර්ධ අඛණ්ඩ ෆයිබර් ලේසර් එකක උපරිම බලය අඛණ්ඩ මාදිලියේ ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ සාමාන්‍ය බලය මෙන් 10 ගුණයකට ළඟා විය හැකිය. QCW ලේසර් සාමාන්‍යයෙන් ක්‍රම දෙකක් ඇත, එකක් අඩු බලයෙන් අඛණ්ඩ වෑල්ඩින් වන අතර අනෙක සාමාන්‍ය බලය මෙන් 10 ගුණයක උපරිම බලයක් සහිත ස්පන්දන ලේසර් වෑල්ඩින් වන අතර එමඟින් ඝන ද්‍රව්‍ය සහ වැඩි තාප වෑල්ඩින් ලබා ගත හැකි අතර ඉතා කුඩා පරාසයක් තුළ තාපය පාලනය කරයි;

අඛණ්ඩ ලේසර් (CW): මෙය බහුලව භාවිතා වන අතර, වෙළඳපොලේ දක්නට ලැබෙන බොහෝ ලේසර් වෙල්ඩින් සැකසුම් සඳහා අඛණ්ඩව ලේසර් ප්‍රතිදානය කරන CW ලේසර් වේ.ෆයිබර් ලේසර් විවිධ හර විෂ්කම්භයන් සහ කදම්භ ගුණාංග අනුව තනි මාදිලියේ සහ බහු මාදිලියේ ලේසර් ලෙස බෙදා ඇති අතර, විවිධ යෙදුම් අවස්ථා වලට අනුවර්තනය කළ හැකිය.