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文檔簡介
1、激光打標(biāo)機(jī)原理11第一章第一章激光器原理激光器原理可以肯定地說:本世紀(jì)最后的偉大發(fā)明之一是激光技術(shù)。它自一九五八年問世以來,已經(jīng)逐步地然而是堅(jiān)定地滲透到了科研、軍事、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。不是嗎?看看我們的周圍,你就可以輕易地找到它應(yīng)用的實(shí)例:醫(yī)院中的激光診斷及激光治療機(jī)、商店中的條碼識別器、辦公室中的激光打印機(jī)、把我們與世界各地聯(lián)結(jié)在一起的光纖等等,就是在我們的家中也有它的身影:激光唱機(jī)、激光影碟機(jī)。人類發(fā)明了多種多樣的激光器。諸如:氣體激
2、光器(HeNe激光器、CO2激光器等)、固態(tài)晶體激光器(紅寶石激光器、釹玻璃激光器等)、離子激光器(氪離子激光器、氬離子激光器等)、染料激光器(甲酚紫激光器、螢光素激光器等)、超輻射激光器(氮分子激光器等)以及半導(dǎo)體激光器(砷化鎵半導(dǎo)體二極管等)等等。在世界的許多地方,幾乎所有的商品激光器都在制造業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。CO2激光器的主要用途就是各類工業(yè)激光加工設(shè)備,作為固態(tài)晶體激光器的Nd:YAG(摻釹釔鋁石榴石)激光器的最大應(yīng)用便
3、是在激光打標(biāo)領(lǐng)域。1.1激光原理激光原理我們知道,物質(zhì)是由原子組成的,而原子是由帶正電的原子核和帶負(fù)電的核外電子組成的(見圖1.1)。每一個(gè)電子都沿著自己特定的軌道繞原子核高速旋轉(zhuǎn),其旋轉(zhuǎn)半徑?jīng)Q定于電子所處的能級。原子吸收能量后,電子的旋轉(zhuǎn)半徑會(huì)增加,電子的能級就會(huì)提高;原子釋放能量后,電子的旋轉(zhuǎn)半徑會(huì)減小,電子的能級就會(huì)降低。每個(gè)能級對應(yīng)著一個(gè)特定的能量。電子所具有的能量是不連續(xù)的,也就是說原子的能級是量子化的。原子只有吸收了兩個(gè)能級
4、之間差值的能量才會(huì)提高一個(gè)能級,電子在能級之間的變動(dòng)現(xiàn)象稱為躍遷。同樣,當(dāng)原子躍遷到較低能級時(shí),會(huì)釋放出兩個(gè)能級之間差值的能量。原子的最低能級為E0,高的能級依次為E1、E2、E3、……,高的能級稱為上能級,低的能級為下能級。處在能級E0的原子稱為基態(tài)原子,其它能級稱為激發(fā)態(tài)(見圖1.2)。原子可以吸收光子來獲得能量,當(dāng)然這個(gè)光子必須具有與原子能級差相等的能量(例如:E1E0)原子只能吸收帶有幾個(gè)能量的光子。光子的能量決定于光子本身的波
5、長。所以,原子只能吸收幾個(gè)特定波長的光子。正常情況下,原子吸收能量后會(huì)在上能級停留一段時(shí)間(這一時(shí)間被稱為原子的上能級壽命),然后向任意一個(gè)方向發(fā)射一個(gè)光子并返回基態(tài)。這一現(xiàn)象稱為原子的自發(fā)發(fā)射。對這一現(xiàn)象,圖1.3作了形象的描述。激光打標(biāo)機(jī)原理33圖1.5原子在各能級上的分布發(fā)射。在受激發(fā)射的同時(shí),要設(shè)法使下能級的原子持續(xù)地躍遷到上能級,以維持粒子數(shù)反轉(zhuǎn),使受激發(fā)射能夠持續(xù)地進(jìn)行下去。受激發(fā)射所產(chǎn)生的光子都具有相同的波長、方向及相位,
6、所以受激發(fā)射的光是很強(qiáng)的。這就是激光。激光這個(gè)詞是從英文原文“LASER”一詞翻譯過來的,它的完整的英文原文是“LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation”(光輻射受激發(fā)射放大),“LASER”是它的縮寫。簡單地說:激光器的實(shí)質(zhì)是一個(gè)光放大器。在實(shí)踐中,要想產(chǎn)生激光,就必須滿足兩個(gè)條件:首先找到能夠?qū)崿F(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì),也就是激光介質(zhì);第二要建立一個(gè)諧振腔,使某一個(gè)頻率的能量源
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