ليزر جي پيداوار جو اصول

ڇو اسان کي lasers جي اصول کي ڄاڻڻ جي ضرورت آهي؟

عام سيمڪوڊڪٽر ليزر، فائبر، ڊسڪ، ۽ وچ ۾ فرق ڄاڻڻYAG ليزرپڻ مدد ڪري سگھي ٿي بھتر سمجھ حاصل ڪرڻ ۽ چونڊ عمل دوران وڌيڪ بحثن ۾ مشغول.

مضمون خاص طور تي مشهور سائنس تي ڌيان ڏئي ٿو: ليزر نسل جي اصول جو هڪ مختصر تعارف، ليزر جي بنيادي جوڙجڪ، ۽ ليزر جي ڪيترن ئي عام قسمن.

پهريون، ليزر نسل جي اصول

ليزر روشني ۽ مادي جي وچ ۾ رابطي جي ذريعي پيدا ڪيو ويو آهي، جنهن کي محرک تابڪاري امپليڪشن طور سڃاتو وڃي ٿو. سمجھڻ لاءِ محرڪ تابڪاري امپليڪشن کي سمجھڻ جي ضرورت آھي آئن اسٽائن جي تصورن جي spontaneous emition، stimulated absorption، and stimulated radiation، ۽ گڏوگڏ ڪجھ ضروري نظرياتي بنيادن کي.

نظرياتي بنياد 1: بوهر ماڊل

بوهر ماڊل بنيادي طور تي ايٽم جي اندروني جوڙجڪ مهيا ڪري ٿو، اهو سمجهڻ آسان بڻائي ٿو ته ليزر ڪيئن ٿين ٿا. هڪ ائٽم نيوڪلئس ۽ نيوڪلئس کان ٻاهر اليڪٽرانن تي مشتمل هوندو آهي، ۽ اليڪٽران جا مدار پاڻمرادو نه هوندا آهن. اليڪٽرانن ۾ فقط ڪي خاص مدار هوندا آهن، جن مان سڀ کان اندرين مدار کي زميني حالت چئبو آهي. جيڪڏهن هڪ اليڪٽران زمين جي حالت ۾ آهي، ان جي توانائي تمام گهٽ آهي. جيڪڏهن ڪو اليڪٽران ڪنهن مدار مان ٽپو ڏئي ته ان کي پهرين پرجوش رياست چيو ويندو آهي، ۽ پهرين جوش واري حالت جي توانائي زميني حالت کان وڌيڪ هوندي. هڪ ٻي مدار کي ٻي پرجوش حالت سڏيو ويندو آهي؛

ليزر ٿيڻ جو سبب اهو آهي ته اليڪٽران هن ماڊل ۾ مختلف مدار ۾ هلندا. جيڪڏهن اليڪٽران توانائي جذب ڪن ٿا، ته اهي زميني حالت کان پرجوش رياست ڏانهن هلي سگهن ٿا. جيڪڏهن ڪو اليڪٽران پرجوش حالت کان زمين جي حالت ۾ واپس اچي ٿو، ته اهو توانائي جاري ڪندو، جيڪا اڪثر ليزر جي صورت ۾ جاري ڪئي ويندي آهي.

نظرياتي بنياد 2: آئن اسٽائن جو محرڪ تابڪاري وارو نظريو

1917 ۾، آئن اسٽائن محرڪ تابڪاري جو نظريو پيش ڪيو، جيڪو ليزر ۽ ليزر جي پيداوار لاءِ نظرياتي بنياد آهي: مادي جو جذب يا اخراج بنيادي طور تي تابڪاري جي ميدان ۽ ذرڙن جي وچ ۾ رابطي جو نتيجو آهي جيڪو مادو ٺاهيندو آهي، ۽ ان جو بنيادي. جوهر مختلف توانائي جي سطحن جي وچ ۾ ذرات جي منتقلي آهي. روشني ۽ مادي جي وچ ۾ رابطي ۾ ٽي مختلف عمل آهن: spontaneous emission، stimulated emission، ۽ stimulated absorption. اهڙي نظام لاءِ جنهن ۾ ذرڙن جي وڏي تعداد تي مشتمل هجي، اهي ٽي عمل هميشه گڏ رهندا آهن ۽ ويجهي سان لاڳاپيل هوندا آهن.

غير معمولي اخراج:

جيئن تصوير ۾ ڏيکاريل آهي: هڪ اليڪٽران اعلي توانائي جي سطح E2 تي فوري طور تي گهٽ توانائي جي سطح E1 ڏانهن منتقل ٿئي ٿو ۽ ايڇ وي جي توانائي سان فوٽوان خارج ڪري ٿو، ۽ hv=E2-E1؛ هن spontaneous ۽ غير لاڳاپيل منتقلي واري عمل کي spontaneous transition چئبو آهي، ۽ spontaneous transitions ذريعي نڪرندڙ روشني لهرن کي spontaneous radiation چئبو آهي.

خود بخود اخراج جون خاصيتون: هر فوٽوان آزاد آهي، مختلف طرفن ۽ مرحلن سان، ۽ واقع ٿيڻ جو وقت پڻ بي ترتيب آهي. ان جو تعلق بي ترتيب ۽ افراتفري واري روشني سان آهي، جيڪا ليزر طرفان گهربل روشني نه آهي. تنهن ڪري، ليزر جي پيداوار جي عمل کي هن قسم جي گمراهه روشني کي گهٽائڻ جي ضرورت آهي. اهو پڻ هڪ سبب آهي ته مختلف ليزر جي موج جي طول و عرض ۾ گمراهه روشني آهي. جيڪڏهن چڱيءَ طرح ڪنٽرول ڪيو وڃي، ليزر ۾ خودبخود اخراج جي تناسب کي نظرانداز ڪري سگهجي ٿو. خالص ليزر، جهڙوڪ 1060 nm، اهو سڀ 1060 nm آهي، هن قسم جي ليزر ۾ نسبتا مستحڪم جذب جي شرح ۽ طاقت آهي.

متحرڪ جذب:

گھٽ توانائي جي سطحن تي اليڪٽران (گهٽ مدار)، فوٽونز کي جذب ڪرڻ کان پوء، اعلي توانائي جي سطحن تي منتقلي (اعلي مدار)، ۽ ان عمل کي متحرڪ جذب سڏيو ويندو آهي. متحرڪ جذب اهم آهي ۽ اهم پمپنگ عملن مان هڪ آهي. ليزر جو پمپ ماخذ فوٽوان توانائي فراهم ڪري ٿو ته جيئن حاصل ڪيل وچولي ۾ ذرات کي منتقلي ۽ اعلي توانائي جي سطح تي متحرڪ تابڪاري جو انتظار ڪري، ليزر کي خارج ڪري.

متحرڪ تابڪاري:

جڏهن خارجي توانائي (hv=E2-E1) جي روشنيءَ سان شعاع ڪيو وڃي ٿو، ته اعليٰ توانائيءَ جي سطح تي موجود اليڪٽران خارجي ڦوٽان کان پرجوش ٿئي ٿو ۽ گھٽ توانائي جي سطح تي ٽپو ڏئي ٿو (هاءِ مدار گهٽ مدار ڏانهن ڊوڙي ٿو). ساڳئي وقت، اهو هڪ فوٽوان خارج ڪري ٿو جيڪو بلڪل خارجي فوٽوان وانگر آهي. اهو عمل اصل جوش واري روشني کي جذب نٿو ڪري، تنهنڪري اتي ٻه هڪجهڙا فوٽوون هوندا، جن کي سمجهي سگهجي ٿو ته اليڪٽران اڳ ۾ جذب ​​ٿيل فوٽوان کي ٻاهر ڪڍي ٿو، هن روشني واري عمل کي محرڪ تابڪاري سڏيو ويندو آهي، جيڪو محرڪ جذب جو ريورس عمل آهي.

نظريي جي واضح ٿيڻ کان پوءِ، ليزر ٺاهڻ تمام سادو آهي، جيئن مٿي ڏنل شڪل ۾ ڏيکاريل آهي: مادي استحڪام جي عام حالتن ۾، اليڪٽرانن جي وڏي اڪثريت زميني حالت ۾ هوندي آهي، اليڪٽران زميني حالت ۾ هوندا آهن، ۽ ليزر انحصار ڪندو آهي. متحرڪ تابڪاري. تنهن ڪري، ليزر جي جوڙجڪ اهو آهي ته پهريون ڀيرو متحرڪ جذب ٿيڻ جي اجازت ڏئي، اليڪٽرانن کي اعلي توانائي جي سطح تي آڻيندي، ۽ پوء هڪ جوش مهيا ڪري ٿي ته وڏي تعداد ۾ اعلي توانائي جي سطح جي اليڪٽرانن کي محرڪ تابڪاري کان گذرڻ جو سبب بڻائين، فوٽونز جاري ڪري، ان مان، ليزر پيدا ڪري سگهجي ٿو. اڳيون، اسان ليزر جي جوڙجڪ کي متعارف ڪنداسين.

ليزر جي جوڙجڪ:

ليزر جي جوڙجڪ کي ليزر نسل جي حالتن سان ملايو جيڪو اڳ ۾ بيان ڪيو ويو آهي هڪ هڪ ڪري:

ظهور جي حالت ۽ لاڳاپيل جوڙجڪ:

1. ھڪڙو حاصل ڪرڻ وارو وچولو آھي جيڪو ليزر ڪم ڪندڙ وچولي طور تي ايمپليفڪيشن اثر مهيا ڪري ٿو، ۽ ان جي چالو ٿيل ذرات ۾ توانائي جي سطح جي جوڙجڪ آھي جيڪا متحرڪ شعاع پيدا ڪرڻ لاءِ موزون آھي (بنيادي طور تي اليڪٽران کي اعلي توانائي واري مدار ڏانھن پمپ ڪرڻ جي قابل ۽ مخصوص وقت تائين موجود آھي. ، ۽ پوءِ ڦوٽونز کي هڪ سانس ۾ محرڪ تابڪاري ذريعي ڇڏڻ؛

2. اتي ھڪڙو خارجي اتساھ جو ذريعو (پمپ جو ذريعو) آھي جيڪو اليڪٽرانن کي ھيٺئين سطح کان مٿئين سطح تائين پمپ ڪري سگھي ٿو، جنھن ڪري ليزر جي مٿئين ۽ ھيٺئين سطح جي وچ ۾ ذرڙن جي تعداد کي ڦيرايو وڃي ٿو (يعني، جڏھن اتي وڌيڪ توانائي وارا ذرات آھن. گھٽ توانائي وارا ذرات)، جهڙوڪ YAG ليزر ۾ زينون ليمپ؛

3. اتي هڪ گونج واري ڪيفيت آهي جيڪا ليزر اوسيليشن حاصل ڪري سگهي ٿي، ليزر ڪم ڪندڙ مواد جي ڪم جي ڊيگهه کي وڌائي سگهي ٿي، روشني جي موج جي موڊ کي اسڪرين ڪري، بيم جي پروپيگيشن جي هدايت کي ڪنٽرول ڪري، مونوڪروميٽيٽي کي بهتر ڪرڻ لاء متحرڪ شعاع جي فريکوئنسي کي منتخب طور تي وڌايو ( يقيني بڻائي ته ليزر هڪ خاص توانائي تي نڪرندو آهي).

لاڳاپيل ڍانچي مٿي ڏنل شڪل ۾ ڏيکاريل آهي، جيڪا YAG ليزر جي سادي جوڙجڪ آهي. ٻيون اڏاوتون وڌيڪ پيچيده ٿي سگهن ٿيون، پر بنيادي هي آهي. ليزر جي پيداوار جو عمل تصوير ۾ ڏيکاريل آهي:

ليزر جي درجه بندي: عام طور تي حاصل ڪيل وچولي يا ليزر انرجي فارم طرفان درجه بندي

وچولي درجه بندي حاصل ڪريو:

ڪاربان ڊاء آڪسائيڊ ليزر: ڪاربن ڊاءِ آڪسائيڊ ليزر جي حاصلات جو وچولي هيليم ۽ آهيCO2 ليزر،10.6um جي ليزر ويڪرائيٿ سان، جيڪا شروع ٿيڻ واري شروعاتي ليزر شين مان هڪ آهي. شروعاتي ليزر ويلڊنگ بنيادي طور تي ڪاربان ڊاء آڪسائيڊ ليزر تي ٻڌل هئي، جيڪا هن وقت خاص طور تي ويلڊنگ ۽ غير دھاتي مواد (ڪپڙا، پلاسٽڪ، ڪاٺ، وغيره) کي ڪٽڻ لاء استعمال ڪئي وئي آهي. ان کان سواء، ان کي به lithography مشينن تي استعمال ڪيو ويندو آهي. ڪاربن ڊاءِ آڪسائيڊ ليزر آپٽيڪل فائبرز ذريعي منتقل نه ٿي ڪري سگھجي ۽ فضائي بصري رستن ذريعي سفر ڪري ٿي، سڀ کان پھريون Tongkuai نسبتا چڱي طرح ڪيو ويو، ۽ ڪٽڻ جو تمام گهڻو سامان استعمال ڪيو ويو؛

YAG (yttrium المونيم گارنٽ) ليزر: YAG ڪرسٽل ڊاپڊ سان نيوڊيميم (Nd) يا yttrium (Yb) دھاتي آئن کي ليزر گين ميڊيم طور استعمال ڪيو ويندو آهي، 1.06um جي اخراج واري موج سان. YAG ليزر اعلي دال کي ٻاھر ڪڍي سگھي ٿو، پر اوسط طاقت گھٽ آھي، ۽ چوٽي طاقت 15 ڀيرا اوسط طاقت تائين پھچي سگھي ٿو. جيڪڏهن اهو بنيادي طور تي هڪ نبض ليزر آهي، مسلسل پيداوار حاصل نه ٿي سگهي. پر اهو آپٽيڪل فائبر ذريعي منتقل ٿي سگهي ٿو، ۽ ساڳئي وقت، ڌاتو مواد جي جذب جي شرح وڌائي ٿي، ۽ اهو شروع ڪيو ويو آهي اعلي عکاسي مواد ۾، پهريون ڀيرو 3C فيلڊ ۾ لاڳو ڪيو ويو؛

فائبر ليزر: مارڪيٽ ۾ موجوده مکيه وهڪرو 1060nm جي موج جي ڊيگهه سان، حاصل وچولي طور ytterbium doped فائبر استعمال ڪري ٿو. اهو وڌيڪ وچولي جي شڪل جي بنياد تي فائبر ۽ ڊسڪ ليزر ۾ ورهايل آهي؛ فائبر آپٽڪ IPG جي نمائندگي ڪري ٿو، جڏهن ته ڊسڪ Tongkuai جي نمائندگي ڪري ٿو.

سيميڪنڊڪٽر ليزر: گائن ميڊيم هڪ سيمي ڪنڊڪٽر PN جنڪشن آهي، ۽ سيمي ڪنڊڪٽر ليزر جي موج جي ڊيگهه گهڻو ڪري 976nm تي آهي. في الحال، سيمي ڪنڊڪٽر ويجھو انفراريڊ ليزر خاص طور تي ڪلڊنگ لاءِ استعمال ٿيندا آهن، جن ۾ 600um کان مٿي روشني جا نشان هوندا آهن. ليزر لائن سيمي ڪنڊڪٽر ليزر جو نمائندو ادارو آهي.

انرجي ايڪشن جي شڪل ۾ درجه بندي: نبض ليزر (PULSE)، اڌ مسلسل ليزر (QCW)، مسلسل ليزر (CW)

نبض ليزر: nanosecond، picosecond، femtosecond، هي اعلي فريڪوئنسي پلس ليزر (NS، نبض جي چوٽي) اڪثر ڪري سگھي ٿو اعلي چوٽي توانائي، اعلي فريڪوئنسي (MHZ) پروسيسنگ، پروسيسنگ لاء استعمال ٿيل پتلي ٽامي ۽ ايلومينيم مختلف مواد، گڏوگڏ اڪثر ڪري صفائي. . اعلي چوٽي توانائي استعمال ڪندي، اهو جلدي بنيادي مواد کي ڳري سگھي ٿو، گهٽ ايڪشن وقت ۽ ننڍڙي گرمي متاثر ٿيل زون سان. اهو الٽرا پتلي مواد جي پروسيسنگ ۾ فائدا آهي (هيٺ 0.5mm)؛

Quasi لڳاتار ليزر (QCW): تيز ورهاڱي جي شرح ۽ گهٽ ڊيوٽي چڪر جي ڪري (هيٺ 50٪)، نبض جي چوٽيQCW ليزر50 يو ايس-50 ايم ايس تائين پهچي ٿو، ڪلوواٽ سطح مسلسل فائبر ليزر ۽ Q-switched پلس ليزر جي وچ ۾ خال ڀرڻ؛ هڪ اڌ لڳاتار فائبر ليزر جي چوٽي طاقت مسلسل موڊ آپريشن تحت اوسط طاقت کان 10 ڀيرا پهچي سگهي ٿي. QCW ليزرن جا عام طور تي ٻه طريقا آهن، هڪ گهٽ پاور تي لڳاتار ويلڊنگ، ۽ ٻيو پلسڊ ليزر ويلڊنگ آهي، جنهن جي چوٽي طاقت اوسط طاقت کان 10 ڀيرا وڌيڪ آهي، جيڪا ٿلهي مواد ۽ وڌيڪ گرمي ويلڊنگ حاصل ڪري سگهي ٿي، جڏهن ته گرمي کي ڪنٽرول ڪرڻ سان گڏ تمام ننڍي حد؛

مسلسل ليزر (CW): هي سڀ کان عام طور تي استعمال ڪيو ويندو آهي، ۽ مارڪيٽ تي ڏٺو ويو اڪثر ليزر CW ليزر آهن جيڪي ويلڊنگ پروسيسنگ لاء مسلسل ليزر آئوٽ ڪن ٿا. فائبر ليزرز سنگل موڊ ۽ ملٽي موڊ ليزرز ۾ ورهايل آهن مختلف بنيادي قطرن ۽ بيم خاصيتن جي مطابق، ۽ مختلف ايپليڪيشن منظرنامن کي ترتيب ڏئي سگهجي ٿو.