ليزر جنريشن جو اصول

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

عام سيمي ڪنڊڪٽر ليزر، فائبر، ڊسڪ، ۽ جي وچ ۾ فرق ڄاڻڻYAG ليزرچونڊ عمل دوران بهتر سمجھ حاصل ڪرڻ ۽ وڌيڪ بحثن ۾ مشغول ٿيڻ ۾ پڻ مدد ڪري سگھي ٿي.

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

پهرين، ليزر جي پيداوار جو اصول

ليزر روشني ۽ مادي جي وچ ۾ رابطي ذريعي پيدا ٿئي ٿو، جنهن کي محرڪ تابڪاري امپليفڪيشن سڏيو ويندو آهي؛ محرڪ تابڪاري امپليفڪيشن کي سمجهڻ لاءِ آئن اسٽائن جي خود بخود اخراج، محرڪ جذب، ۽ محرڪ تابڪاري جي تصورن کي سمجهڻ جي ضرورت آهي، انهي سان گڏ ڪجهه ضروري نظرياتي بنيادن کي.

نظرياتي بنياد 1: بوهر ماڊل

بوهر ماڊل بنيادي طور تي ايٽم جي اندروني بناوت مهيا ڪري ٿو، جنهن سان اهو سمجهڻ آسان ٿئي ٿو ته ليزر ڪيئن ٿين ٿا. هڪ ايٽم هڪ نيوڪليس ۽ نيوڪليس کان ٻاهر اليڪٽرانن تي مشتمل هوندو آهي، ۽ اليڪٽرانن جا مدار پاڻمرادو نه هوندا آهن. اليڪٽرانن ۾ صرف ڪجهه خاص مدار هوندا آهن، جن مان سڀ کان اندرئين مدار کي زميني حالت سڏيو ويندو آهي؛ جيڪڏهن هڪ اليڪٽران زميني حالت ۾ آهي، ته ان جي توانائي سڀ کان گهٽ هوندي آهي. جيڪڏهن هڪ اليڪٽران مدار مان ٽپو ڏئي ٿو، ته ان کي پهرين پرجوش حالت سڏيو ويندو آهي، ۽ پهرين پرجوش حالت جي توانائي زميني حالت کان وڌيڪ هوندي؛ ٻئي مدار کي ٻي پرجوش حالت سڏيو ويندو آهي؛

ليزر جي ٿيڻ جو سبب اهو آهي ته هن ماڊل ۾ اليڪٽران مختلف مدارن ۾ حرڪت ڪندا. جيڪڏهن اليڪٽران توانائي جذب ڪن ٿا، ته اهي زميني حالت کان پرجوش حالت ڏانهن ڊوڙي سگهن ٿا؛ جيڪڏهن ڪو اليڪٽران پرجوش حالت کان زميني حالت ڏانهن واپس اچي ٿو، ته اهو توانائي ڇڏيندو، جيڪا اڪثر ڪري ليزر جي صورت ۾ جاري ڪئي ويندي آهي.

نظرياتي بنياد 2: آئن اسٽائن جو متحرڪ تابڪاري جو 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 ۽ مادو ٺاهڻ وارن ذرڙن جي وچ ۾ رابطي جو نتيجو آهي، ۽ ان جو بنيادي جوهر مختلف توانائي جي سطحن جي وچ ۾ ذرڙن جي منتقلي آهي. روشني ۽ مادي جي وچ ۾ رابطي ۾ ٽي مختلف عمل آهن: خود بخود اخراج، محرڪ اخراج، ۽ محرڪ جذب. هڪ نظام لاءِ جنهن ۾ ذرڙن جي هڪ وڏي تعداد هجي، اهي ٽي عمل هميشه گڏ رهن ٿا ۽ ويجهي سان لاڳاپيل آهن.

خود بخود اخراج:

جيئن شڪل ۾ ڏيکاريل آهي: هڪ اليڪٽران جيڪو اعليٰ توانائي جي سطح E2 تي آهي، خود بخود گهٽ توانائي جي سطح E1 ڏانهن منتقل ٿئي ٿو ۽ hv جي توانائي سان هڪ فوٽوان خارج ڪري ٿو، ۽ hv=E2-E1؛ هن خود بخود ۽ غير لاڳاپيل منتقلي جي عمل کي خود بخود منتقلي سڏيو ويندو آهي، ۽ خود بخود منتقلي ذريعي خارج ٿيندڙ روشني جي لهرن کي خود بخود تابڪاري سڏيو ويندو آهي.

خود بخود اخراج جون خاصيتون: هر فوٽون آزاد آهي، مختلف هدايتون ۽ مرحلا آهن، ۽ واقع ٿيڻ جو وقت پڻ بي ترتيب آهي. اهو غير مربوط ۽ افراتفري واري روشني سان تعلق رکي ٿو، جيڪو ليزر لاءِ گهربل روشني ناهي. تنهن ڪري، ليزر جي پيداوار جي عمل کي هن قسم جي گم ٿيل روشني کي گهٽائڻ جي ضرورت آهي. اهو پڻ هڪ سبب آهي ته مختلف ليزرن جي طول موج ۾ گم ٿيل روشني آهي. جيڪڏهن چڱي طرح ڪنٽرول ڪيو وڃي، ته ليزر ۾ خود بخود اخراج جي تناسب کي نظرانداز ڪري سگهجي ٿو. ليزر جيترو صاف هوندو، جهڙوڪ 1060 nm، اهو سڀ 1060 nm هوندو آهي، هن قسم جي ليزر ۾ نسبتاً مستحڪم جذب جي شرح ۽ طاقت هوندي آهي.

متحرڪ جذب:

گهٽ توانائي جي سطحن تي اليڪٽران (گهٽ مدار)، فوٽون جذب ڪرڻ کان پوءِ، اعليٰ توانائي جي سطحن (هاءِ مدار) ڏانهن منتقلي، ۽ هن عمل کي متحرڪ جذب سڏيو ويندو آهي. متحرڪ جذب اهم آهي ۽ اهم پمپنگ عملن مان هڪ آهي. ليزر جو پمپ ذريعو فوٽون توانائي فراهم ڪري ٿو ته جيئن حاصل ٿيندڙ وچولي ۾ ذرات کي منتقلي جو سبب بڻائين ۽ اعليٰ توانائي جي سطحن تي متحرڪ تابڪاري جو انتظار ڪن، ليزر خارج ڪن.

متحرڪ تابڪاري:

جڏهن ٻاهرين توانائي (hv=E2-E1) جي روشني سان شعاع ڪيو ويندو آهي، ته اعليٰ توانائي جي سطح تي اليڪٽران ٻاهرين فوٽوان کان پرجوش ٿيندو آهي ۽ گهٽ توانائي جي سطح تي ٽپو ڏيندو آهي (اعلي مدار گهٽ مدار ڏانهن هلندو آهي). ساڳئي وقت، اهو هڪ فوٽوان خارج ڪري ٿو جيڪو بلڪل ٻاهرين فوٽوان وانگر آهي. هي عمل اصل جوش واري روشني کي جذب نٿو ڪري، تنهن ڪري ٻه هڪجهڙا فوٽوان هوندا، جن کي سمجهي سگهجي ٿو ته اليڪٽران اڳ ۾ جذب ​​ٿيل فوٽوان کي ٻاهر ڪڍي ٿو، هن روشني جي عمل کي متحرڪ تابڪاري سڏيو ويندو آهي، جيڪو متحرڪ جذب جو الٽ عمل آهي.

نظريو واضح ٿيڻ کان پوءِ، ليزر ٺاهڻ تمام آسان 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 متحرڪ تابڪاري تي منحصر هوندو آهي. تنهن ڪري، ليزر جي جوڙجڪ اها آهي ته پهرين متحرڪ جذب ٿيڻ جي اجازت ڏني وڃي، اليڪٽرانن کي اعليٰ توانائي جي سطح تي آندو وڃي، ۽ پوءِ هڪ جوش فراهم ڪيو وڃي ته جيئن وڏي تعداد ۾ اعليٰ توانائي جي سطح جي اليڪٽرانن کي متحرڪ تابڪاري مان گذرڻ جو سبب بڻجن، فوٽون جاري ڪيا وڃن، ان مان، ليزر پيدا ڪري سگهجي ٿو. اڳيون، اسان ليزر جي جوڙجڪ متعارف ڪرائينداسين.

ليزر جي جوڙجڪ:

ليزر جي جوڙجڪ کي اڳ ذڪر ڪيل ليزر جنريشن حالتن سان هڪ هڪ ڪري ملائي ڏسو:

واقع ٿيڻ جي حالت ۽ لاڳاپيل جوڙجڪ:

1. هڪ حاصل ٿيندڙ وچولي آهي جيڪو ليزر ڪم ڪندڙ وچولي جي طور تي ايمپليفڪيشن اثر فراهم ڪري ٿو، ۽ ان جي چالو ٿيل ذرڙن ۾ هڪ توانائي جي سطح جي جوڙجڪ آهي جيڪا متحرڪ تابڪاري پيدا ڪرڻ لاءِ موزون آهي (خاص طور تي اليڪٽران کي اعليٰ توانائي واري مدار ڏانهن پمپ ڪرڻ ۽ هڪ خاص وقت تائين موجود رهڻ جي قابل، ۽ پوءِ متحرڪ تابڪاري ذريعي هڪ ساهه ۾ فوٽون ڇڏڻ)؛

2. هڪ خارجي جوش ذريعو (پمپ ذريعو) آهي جيڪو اليڪٽرانن کي هيٺين سطح کان مٿئين سطح تائين پمپ ڪري سگهي ٿو، ليزر جي مٿئين ۽ هيٺين سطحن جي وچ ۾ پارٽيڪل نمبر انورسيشن جو سبب بڻجندو آهي (يعني، جڏهن گهٽ توانائي وارن ذرڙن کان وڌيڪ اعليٰ توانائي وارا ذرڙا هوندا آهن)، جهڙوڪ YAG ليزر ۾ زينون ليمپ؛

3. هڪ گونجندڙ گفا آهي جيڪا ليزر اوسيليشن حاصل ڪري سگهي ٿي، ليزر ڪم ڪندڙ مواد جي ڪم ڪندڙ ڊيگهه وڌائي سگهي ٿي، روشني جي لهر جي موڊ کي اسڪرين ڪري سگهي ٿي، شعاع جي تبليغ جي هدايت کي ڪنٽرول ڪري سگهي ٿي، مونوڪروميٽڪٽي کي بهتر بڻائڻ لاءِ متحرڪ تابڪاري فريڪوئنسي کي چونڊيل طور تي وڌائي سگهي ٿي (يقين ڏياريندي ته ليزر هڪ خاص توانائي تي آئوٽ پُٽ ٿئي ٿو).

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

ليزر جي درجه بندي: عام طور تي حاصل ٿيندڙ وچولي يا ليزر توانائي جي شڪل جي لحاظ کان درجه بندي ڪئي ويندي آهي.

وچولي درجه بندي حاصل ڪريو:

ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ ليزر: ڪاربان ڊاءِ آڪسائيڊ ليزر جو حاصل ڪرڻ وارو ذريعو هيليم آهي ۽CO2 ليزر،10.6um جي ليزر جي موج سان، جيڪا لانچ ٿيندڙ ابتدائي ليزر شين مان هڪ آهي. شروعاتي ليزر ويلڊنگ بنيادي طور تي ڪاربن ڊاءِ آڪسائيڊ ليزر تي ٻڌل هئي، جيڪا هن وقت بنيادي طور تي غير ڌاتو مواد (ڪپڙا، پلاسٽڪ، ڪاٺ، وغيره) ويلڊنگ ۽ ڪٽڻ لاءِ استعمال ٿيندي آهي. ان کان علاوه، اهو لٿوگرافي مشينن تي پڻ استعمال ٿيندو آهي. ڪاربن ڊاءِ آڪسائيڊ ليزر آپٽيڪل فائبر ذريعي منتقل نه ٿي سگهي ٿو ۽ مقامي آپٽيڪل رستن ذريعي سفر ڪري ٿو، ابتدائي ٽونگڪوائي نسبتاً سٺي نموني سان ڪيو ويو هو، ۽ ڪٽڻ جو گهڻو سامان استعمال ڪيو ويو هو؛

YAG (يٽريم ايلومينيم گارنٽ) ليزر: نيوڊيميم (Nd) يا يٽريم (Yb) ڌاتو آئن سان ڊوپ ٿيل YAG ڪرسٽل ليزر گين ميڊيم طور استعمال ڪيا ويندا آهن، جن جي اخراج جي موج 1.06um آهي. YAG ليزر وڌيڪ نبضون ڪڍي سگهي ٿو، پر سراسري طاقت گهٽ آهي، ۽ چوٽي جي طاقت سراسري طاقت کان 15 ڀيرا پهچي سگهي ٿي. جيڪڏهن اهو بنيادي طور تي نبض ليزر آهي، ته مسلسل پيداوار حاصل نه ٿي سگهي؛ پر ان کي آپٽيڪل فائبر ذريعي منتقل ڪري سگهجي ٿو، ۽ ساڳئي وقت، ڌاتو جي مواد جي جذب جي شرح وڌي ٿي، ۽ اهو اعلي عڪاسي ڪندڙ مواد ۾ لاڳو ٿيڻ شروع ٿي رهيو آهي، پهريون ڀيرو 3C فيلڊ ۾ لاڳو ڪيو ويو آهي؛

فائبر ليزر: مارڪيٽ ۾ موجوده مکيه وهڪرو يٽربيئم ڊوپڊ فائبر کي حاصل ڪرڻ واري وچولي طور استعمال ڪري ٿو، جنهن جي موج 1060nm آهي. ان کي وچولي جي شڪل جي بنياد تي فائبر ۽ ڊسڪ ليزر ۾ وڌيڪ ورهايو ويو آهي؛ فائبر آپٽڪ IPG جي نمائندگي ڪري ٿو، جڏهن ته ڊسڪ ٽونگڪوائي جي نمائندگي ڪري ٿو.

سيمي ڪنڊڪٽر ليزر: حاصل ڪرڻ جو وچولي هڪ سيمي ڪنڊڪٽر پي اين جنڪشن آهي، ۽ سيمي ڪنڊڪٽر ليزر جي موج جي ڊيگهه بنيادي طور تي 976nm آهي. هن وقت، سيمي ڪنڊڪٽر ويجهو انفراريڊ ليزر بنيادي طور تي ڪلڊنگ لاءِ استعمال ڪيا ويندا آهن، جن ۾ 600um کان مٿي روشني جا داغ هوندا آهن. ليزر لائن سيمي ڪنڊڪٽر ليزر جو هڪ نمائندو ادارو آهي.

توانائي جي عمل جي شڪل جي لحاظ کان درجه بندي: نبض ليزر (PULSE)، نيم مسلسل ليزر (QCW)، مسلسل ليزر (CW)

نبض ليزر: نانو سيڪنڊ، پڪو سيڪنڊ، فيمٽو سيڪنڊ، هي اعليٰ فريڪوئنسي نبض ليزر (اين ايس، نبض جي ويڪر) اڪثر ڪري اعليٰ چوٽي توانائي، اعليٰ فريڪوئنسي (ايم ايڇ زيڊ) پروسيسنگ حاصل ڪري سگهي ٿو، جيڪو پتلي ٽامي ۽ ايلومينيم جي مختلف مواد کي پروسيس ڪرڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي، انهي سان گڏ گهڻو ڪري صفائي. اعليٰ چوٽي توانائي استعمال ڪندي، اهو بنيادي مواد کي جلدي ڳاري سگهي ٿو، گهٽ عمل وقت ۽ ننڍي گرمي متاثر زون سان. ان ۾ الٽرا پتلي مواد (0.5 ملي ميٽر کان هيٺ) پروسيسنگ ۾ فائدا آهن؛

اڌ مسلسل ليزر (QCW): وڌيڪ ورجائي جي شرح ۽ گهٽ ڊيوٽي چڪر (50٪ کان گهٽ) جي ڪري، نبض جي ويڪرQCW ليزر50 us-50 ms تائين پهچي ٿو، ڪلوواٽ ليول مسلسل فائبر ليزر ۽ Q-سوئچڊ پلس ليزر جي وچ ۾ فرق کي ڀريندو آهي؛ هڪ اڌ مسلسل فائبر ليزر جي چوٽي جي طاقت مسلسل موڊ آپريشن هيٺ سراسري طاقت کان 10 ڀيرا پهچي سگهي ٿي. QCW ليزر ۾ عام طور تي ٻه موڊ هوندا آهن، هڪ گهٽ طاقت تي مسلسل ويلڊنگ آهي، ۽ ٻيو پلسڊ ليزر ويلڊنگ آهي جنهن جي چوٽي جي طاقت سراسري طاقت کان 10 ڀيرا آهي، جيڪا ٿلهي مواد ۽ وڌيڪ گرمي ويلڊنگ حاصل ڪري سگهي ٿي، جڏهن ته تمام ننڍڙي حد اندر گرمي کي ڪنٽرول پڻ ڪري سگهي ٿي؛

مسلسل ليزر (CW): هي سڀ کان وڌيڪ استعمال ٿيندڙ ليزر آهي، ۽ مارڪيٽ ۾ نظر ايندڙ اڪثر ليزر CW ليزر آهن جيڪي ويلڊنگ پروسيسنگ لاءِ مسلسل ليزر آئوٽ پُٽ ڪندا آهن. فائبر ليزر مختلف ڪور قطر ۽ بيم خاصيتن جي مطابق سنگل موڊ ۽ ملٽي موڊ ليزر ۾ ورهايل آهن، ۽ مختلف ايپليڪيشن منظرنامي سان مطابقت رکي سگهجن ٿا.