推荐产品
联系我们

地址:深圳市宝安区西乡街道水库路宝运达物流信息大厦18楼

电话:0755-29566096

传真:0755-33811706

邮箱:laanda-vm@163.com

公司新闻
博天堂ag激光打标机根基道理
来源:博天堂ag,博天堂AG手机版,博天堂ag旗舰时间: 2020-02-05浏览次数:
博天堂ag 激光打标机基本原理_工学_高等教育_教育专区。激光打标机原理 1 第一章 激光器原理 可以肯定地说:本世纪最后的伟大发明之一是激光技术。它自一九五八 年问世以来,

  博天堂ag

  激光打标机基本原理_工学_高等教育_教育专区。激光打标机原理 1 第一章 激光器原理 可以肯定地说:本世纪最后的伟大发明之一是激光技术。它自一九五八 年问世以来,已经逐步地然而是坚定地渗透到了科研、军事、工业等各个领 域。不是吗?看看我们的周

  激光打标机原理 1 第一章 激光器原理 可以肯定地说:本世纪最后的伟大发明之一是激光技术。它自一九五八 年问世以来,已经逐步地然而是坚定地渗透到了科研、军事、工业等各个领 域。不是吗?看看我们的周围,你就可以轻易地找到它应用的实例:医院中 的激光诊断及激光治疗机、商店中的条码识别器、办公室中的激光打印机、 把我们与世界各地联结在一起的光纤等等,就是在我们的家中也有它的身影: 激光唱机、激光影碟机。 人类发明了多种多样的激光器。诸如:气体激光器(He-Ne 激光器、CO2 激光器等)、固态晶体激光器(红宝石激光器、钕玻璃激光器等)、离子激光 器(氪离子激光器、氩离子激光器等)、染料激光器(甲酚紫激光器、萤光素 激光器等)、超辐射激光器(氮分子激光器等)以及半导体激光器(砷化镓半 导体二极管等)等等。 在世界的许多地方,几乎所有的商品激光器都在制造业中得到越来越广 泛的应用。CO2 激光器的主要用途就是各类工业激光加工设备,作为固态晶 体激光器的 Nd: YAG(掺钕钇铝石榴石)激光器的最大应用便是在激光打标 领域。 1.1 激光原理 我们知道,物质是由原子组成的,而原子是由带正电的原子核和带负电 的核外电子组成的(见图 1.1)。每一个电子都沿着自己特定的轨道绕原子核 高速旋转,其旋转半径决定于电子所处的能级。原子吸收能量后,电子的旋 转半径会增加,电子的能级就会提高;原子释放能量后,电子的旋转半径会 减小,电子的能级就会降低。每个能级对应着一个特定的能量。电子所具有 的能量是不连续的,也就是说原子的能级是量子化的。原子只有吸收了两个 能级之间差值的能量才会提高一个能级,电子在能级之间的变动现象称为跃 迁。同样,当原子跃迁到较低能级时,会释放出两个能级之间差值的能量。 原子的最低能级为 E0,高的能级依次为 E1、E2、E3、……,高的能级称为 上能级,低的能级为下能级。处在能级 E0 的原子称为基态原子,其它能级 称为激发态(见图 1.2)。 原子可以吸收光子来获得能量,当然这个光子必须具有与原子能级差相 1 激光打标机原理 2 等的能量(例如:E1-E0)原子只能吸收带有几个能量的光子。光子的能量 决定于光子本身的波长。所以,原子只能吸收几个特定波长的光子。 正常情况下,原子吸收能量后会在上能级停留一段时间(这一时间被称 为原子的上能级寿命),然后向任意一个方向发射一个光子并返回基态。这一 现象称为原子的自发发射。对这一现象,图 1.3 作了形象的描述。 图 1.1 原子的结构 图 1.2 原子的能级 若在激发态原子的附近,恰巧有一个光子经过,这个光子又恰好具有原 子上下能级之差的能量,那么这个原子就有可能受到外来光子的激励而发出 一个光子,原子自身则在发射后返回基态。原子的这种因受到外来激励而发 射的情况,称为原子的受激发射(图 1.4)。原子受激发射所放出的光子与外 来的激励光子在能量、波长、相位等方面完全相同。 . 2 激光打标机原理 3 . 以上是单个原子能级的变化情况。 对于大量原子的情况,在通常条件下,大多数原子总是分布在基态上, 其余原子总是从低能级到高能级递减分布。这一分布规律就是通常所说的波 尔兹曼分布。在图 1.5 中,纵坐标表示原子的能级,横坐标表示在各能级上 原子的分布数量。如果我们加热这些原子,会使处于上能级的原子数量有所 增加。但不管如何加热这些原子,在原子群达到新的热平衡后,上能级的原 子数量总是少于下能级的原子数量。若我们想办法强迫下能级的原子跃迁到 上能级,而同时保证上能级的原子不很快地发射而返回到下能级,就会人为 地造成粒子数反转。这时再用激励光子去激励上能级原子,使其产生受激 图 1.5 原子在各能级上的分布 发射。在受激发射的同时,要设法使下能级的原子持续地跃迁到上能级,以 维持粒子数反转,使受激发射能够持续地进行下去。受激发射所产生的光子 都具有相同的波长、方向及相位,所以受激发射的光是很强的。这就是激光。 激光这个词是从英文原文“ LASER” 一词翻译过来的,它的完整的英文原文 是“ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” (光辐射受激 发射放大),“ LASER” 是它的缩写。简单地说:激光器的实质是一个光放大 器。 在实践中,要想产生激光,就必须满足两个条件:首先找到能够实现粒 3 激光打标机原理 4 子数反转的工作物质,也就是激光介质;第二要建立一个谐振腔,使某一个 频率的能量源(可以是谐振腔外的,也可以是谐振腔内的)在腔内谐振,在 激光介质中多次往返时,有足够的机会去激励(泵浦)处于粒子数反转状态 图 1.6 激光的产生示意图 的激光介质。只有这样,才能产生激光。这些受激发射的光子又去激发其它 原子,一个变两个、两个变四个、四个变八个、……,产生连锁反应,光强 被雪崩似地放大。因而产生强烈的激光。 通常是在激光介质的两端各放置一个反射镜来组成谐振腔,以形成光学 反馈。它的作用是将那些沿介质长轴发射的光子反射回介质中。两个反射镜 中的一个被有意作成可以透过一个很小百分比的光强(在激光器中被称为前 镜,相应的另外一个反射镜被称为后镜),这就是激光输出(见图 1.6)。 1.2 激光器原理 1.2.1 Nd: YAG 激光器原理 Nd: YAG 激光器是固态晶体激光器的一种,它采用 Nd: YAG 晶体棒作 激光介质。Nd: YAG 晶体是将激光介质钕(Nd)原子掺在生晶体钇铝石榴石 (YAG)中,Nd 原子在 YAG 中的最佳含量约为总重量的 1%。所以,Nd: YAG 晶体的全称是掺钕钇铝石榴石晶体。Nd: YAG 晶体一般被制作成棒状,这种 材料的制作是很困难的,且价格昂贵。但由于它具有良好的光学性能、机械 性能和热学性能,所以是高功率激光器的最佳选材之一。 4 激光打标机原理 5 之所以采用氪灯作为激励用的泵浦源,因为它可以发出波长为 0.73μ m 和 0.8μ m 的光线,用这一波长的光来激励 Nd 原子是最为有效的。 将 Nd: YAG 晶体棒与氪灯并排放置在一个椭圆型的光学腔内,光学腔的 内表面形状是经过精心设计的,以便保证氪灯发出的泵浦光能够全部聚集到 Nd: YAG 晶体棒的中心轴上。由一个反射率为 100%的反射镜作后镜,前镜 的反射率为精心设计的 90%(透过率为 10%),它们共同组成光学谐振腔, 以实现光学谐振。 Nd(钕)原子的能量转移过程分为四步(在图 1.7 中对这一过程有详细 图 1.7 Nd: YAG 激光器原理图 的描述),第一步:Nd 原子在氪灯发出的波长为 0.73μ m 和 0.8μ m 泵浦光 的激励下,处于基态的 Nd 原子跃迁到两个上能级中的一个,原子在这里的 上能级寿命非常短,大约只有 10-7 。


澳门皇冠体育 公司简介
联系我们

地址:深圳市宝安区西乡街道水库路宝运达物流信息大厦18楼

电话:0755-29566096

传真:0755-33811706

邮箱:laanda-vm@163.com

扫一扫关注
Copyright ©  2015-2020 博天堂AG手机版  版权所有
网站地图(html)|网站地图(xml)