Nguyên lý và các loại laser

Nguyên tắc và các loạitia laser
Laser là gì?
LASER (Khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích); Để hiểu rõ hơn, hãy xem hình ảnh bên dưới:

Một nguyên tử ở mức năng lượng cao hơn tự chuyển xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon, quá trình này được gọi là bức xạ tự phát.
Nguyên lý này có thể được hiểu như sau: một quả bóng trên mặt đất ở vị trí thích hợp nhất của nó; khi quả bóng được đẩy lên không trung bằng một lực bên ngoài (gọi là bơm), ngay khi lực bên ngoài biến mất, quả bóng rơi từ độ cao lớn và giải phóng một lượng năng lượng nhất định. Nếu quả bóng là một nguyên tử cụ thể, thì nguyên tử đó sẽ phát ra một photon có bước sóng cụ thể trong quá trình chuyển đổi.

Phân loại laser
Con người đã nắm vững nguyên lý tạo ra tia laser, bắt đầu phát triển các dạng laser khác nhau. Nếu phân loại theo vật liệu làm việc của laser, có thể chia thành laser khí, laser rắn, laser bán dẫn, v.v.
1. Phân loại laser khí: nguyên tử, phân tử, ion;
Vật liệu làm việc của laser khí là khí hoặc hơi kim loại, đặc trưng bởi dải bước sóng phát ra rộng. Phổ biến nhất là laser CO2, trong đó CO2 được sử dụng làm vật liệu làm việc để tạo ra laser hồng ngoại có bước sóng 10,6 µm bằng cách kích thích phóng điện.
Do chất làm việc của laser khí là khí, cấu trúc tổng thể của laser quá lớn và bước sóng đầu ra quá dài, hiệu suất gia công vật liệu không tốt. Vì vậy, laser khí nhanh chóng bị loại bỏ khỏi thị trường và chỉ được sử dụng trong một số lĩnh vực chuyên biệt, chẳng hạn như khắc laser trên một số bộ phận nhựa nhất định.
2, tia laser rắnPhân loại: hồng ngọc, Nd:YAG, v.v.;
Vật liệu hoạt động của laser trạng thái rắn là hồng ngọc, thủy tinh neodymium, garnet nhôm yttrium (YAG), v.v., trong đó một lượng nhỏ các ion được phân bố đồng đều trong tinh thể hoặc thủy tinh của vật liệu làm chất nền, được gọi là các ion hoạt tính.
Laser trạng thái rắn bao gồm chất làm việc, hệ thống bơm, bộ cộng hưởng và hệ thống làm mát và lọc. Hình vuông màu đen ở giữa hình ảnh bên dưới là tinh thể laser, trông giống như thủy tinh trong suốt màu sáng và bao gồm một tinh thể trong suốt được pha tạp kim loại đất hiếm. Chính cấu trúc đặc biệt của nguyên tử kim loại đất hiếm tạo ra sự đảo ngược mật độ hạt khi được chiếu sáng bởi nguồn sáng (đơn giản có thể hiểu là nhiều quả cầu trên mặt đất bị đẩy lên không trung), sau đó phát ra photon khi các hạt chuyển đổi, và khi số lượng photon đủ, sẽ hình thành laser. Để đảm bảo laser phát ra được định hướng về một phía, có các gương phản xạ toàn phần (thấu kính bên trái) và các gương phản xạ bán phần (thấu kính bên phải). Khi laser được phát ra và sau đó thông qua một thiết kế quang học nhất định, sẽ tạo thành năng lượng laser.

3, laser bán dẫn
Đối với laser bán dẫn, có thể hiểu đơn giản là một điốt quang. Trong điốt có một mối nối PN, và khi có dòng điện nhất định được cấp vào, sự chuyển đổi điện tử trong bán dẫn được hình thành để giải phóng photon, tạo ra tia laser. Khi năng lượng laser do bán dẫn phát ra nhỏ, thiết bị bán dẫn công suất thấp có thể được sử dụng làm nguồn bơm (nguồn kích thích) của laser.laser sợi quangNhư vậy, laser sợi quang được hình thành. Nếu công suất của laser bán dẫn được tăng lên đến mức có thể trực tiếp truyền năng lượng đến vật liệu cần gia công, nó sẽ trở thành laser bán dẫn trực tiếp. Hiện nay, các laser bán dẫn trực tiếp trên thị trường đã đạt đến mức công suất 10.000 watt.

Ngoài các loại laser đã nêu ở trên, người ta cũng đã phát minh ra laser lỏng, còn được gọi là laser nhiên liệu. Laser lỏng phức tạp hơn về thể tích và chất hoạt động so với laser rắn và hiếm khi được sử dụng.