Պինդ վիճակի լազեր. գործողության սկզբունքը, կիրառումը

2024 Հեղինակ: Howard Calhoun | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 10:30

Այս հոդվածը ցույց է տալիս, թե որոնք են մոնոխրոմատիկ ճառագայթման աղբյուրները և ինչ առավելություններ ունի պինդ վիճակի լազերը այլ տեսակների նկատմամբ: Այն պատմում է, թե ինչպես է տեղի ունենում համահունչ ճառագայթման առաջացումը, ինչու է իմպուլսային սարքն ավելի հզոր, ինչու է անհրաժեշտ փորագրությունը: Այն նաև քննարկում է լազերի երեք հիմնական տարրերը և ինչպես է այն աշխատում:

Զոնայի տեսություն

Նախքան լազերի (օրինակ՝ պինդ վիճակում) աշխատանքի մասին խոսելը, պետք է հաշվի առնել որոշ ֆիզիկական մոդելներ: Բոլորը հիշում են դպրոցական դասերից, որ էլեկտրոնները գտնվում են ատոմի միջուկի շուրջ որոշակի ուղեծրերում կամ էներգիայի մակարդակներում: Եթե մեր տրամադրության տակ ունենք ոչ թե մեկ ատոմ, այլ շատ, այսինքն՝ դիտարկում ենք ցանկացած ծավալային մարմին, ապա առաջանում է մեկ դժվարություն։

Պաուլիի սկզբունքի համաձայն՝ նույն էներգիայով տվյալ մարմնում կարող է լինել միայն մեկ էլեկտրոն։ Ավելին, նույնիսկ ամենափոքր ավազահատիկը պարունակում է հսկայական քանակությամբ ատոմներ։ Այս դեպքում բնությունը շատ նրբագեղ ելք է գտել՝ յուրաքանչյուրի էներգիանէլեկտրոնը հարևանի էներգիայից տարբերվում է շատ չնչին, գրեթե չտարբերվող քանակով։ Այս դեպքում նույն մակարդակի բոլոր էլեկտրոնները «սեղմվում են» մեկ էներգետիկ գոտու մեջ։ Այն գոտին, որում գտնվում են միջուկից ամենահեռու էլեկտրոնները կոչվում է վալենտային գոտի։ Նրան հաջորդող գոտին ավելի մեծ էներգիա ունի։ Դրանում էլեկտրոնները շարժվում են ազատ, և այն կոչվում է հաղորդման գոտի։

արտանետում և կլանում

Ցանկացած լազեր (պինդ, գազային, քիմիական) աշխատում է էլեկտրոնների մի գոտուց մյուսը անցնելու սկզբունքներով: Եթե լույսն ընկնում է մարմնի վրա, ապա ֆոտոնը էլեկտրոնին տալիս է բավականաչափ ուժ՝ այն ավելի բարձր էներգիայի վիճակի մեջ դնելու համար։ Եվ հակառակը՝ երբ էլեկտրոնը հաղորդման գոտուց անցնում է վալենտական գոտի, այն արձակում է մեկ ֆոտոն։ Եթե նյութը կիսահաղորդիչ է կամ դիէլեկտրիկ, ապա վալենտական և հաղորդական գոտիները բաժանվում են մի միջակայքով, որում չկա մեկ մակարդակ: Համապատասխանաբար, էլեկտրոնները չեն կարող այնտեղ լինել: Այս ինտերվալը կոչվում է ժապավենային բաց: Եթե ֆոտոնն ունի բավարար էներգիա, ապա էլեկտրոնները ցատկում են այս միջակայքի վրայով։

Սերունդ

Պինդ վիճակում գտնվող լազերի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է այն փաստի վրա, որ նյութի գոտու բացվածքում ստեղծվում է այսպես կոչված հակադարձ մակարդակ։ Այս մակարդակում էլեկտրոնի կյանքի տևողությունը ավելի երկար է, քան այն ժամանակն է, որն անցկացնում է հաղորդման գոտում: Այսպիսով, որոշակի ժամանակահատվածում հենց դրա վրա են «կուտակվում» էլեկտրոնները։ Սա կոչվում է հակադարձ բնակչություն: Երբ անցավ նման մակարդակը կետավորէլեկտրոններ, անցնում է ցանկալի ալիքի երկարության ֆոտոն, այն առաջացնում է նույն երկարության և փուլի մեծ թվով լույսի ալիքների միաժամանակյա առաջացում: Այսինքն՝ ավալանշի էլեկտրոնները բոլորը միաժամանակ անցնում են հիմնական վիճակ՝ առաջացնելով բավականաչափ բարձր հզորության մոնոխրոմատիկ ֆոտոնների ճառագայթ։ Հարկ է նշել, որ առաջին լազերի մշակողների հիմնական խնդիրը նյութերի այնպիսի համակցության որոնումն էր, որի դեպքում հնարավոր կլիներ մակարդակներից մեկի հակադարձ պոպուլյացիան։ Լեգիրված ռուբինը դարձավ առաջին գործող նյութը։

Լազերային բաղադրություն

Պինդ վիճակում գտնվող լազերը իր հիմնական բաղադրիչներով չի տարբերվում մյուս տեսակներից։ Աշխատանքային մարմինը, որում իրականացվում է մակարդակներից մեկի հակադարձ պոպուլյացիան, լուսավորվում է ինչ-որ լույսի աղբյուրով։ Այն կոչվում է պոմպային: Հաճախ սա կարող է լինել սովորական շիկացած լամպ կամ գազի արտանետման խողովակ: Աշխատանքային հեղուկի երկու զուգահեռ ծայրերը (պինդ վիճակի լազեր նշանակում է բյուրեղ, գազային լազեր՝ հազվագյուտ միջավայր) կազմում են հայելիների համակարգ կամ օպտիկական ռեզոնատոր։ Այն փնջի մեջ հավաքում է միայն այն ֆոտոնները, որոնք զուգահեռ են ընթանում ելքին: Պինդ վիճակի լազերները սովորաբար մղվում են ֆլեշ լամպերով:

Պինդ վիճակում գտնվող լազերների տեսակները

Կախված լազերային ճառագայթի ելքի ձևից՝ տարբերվում են շարունակական և իմպուլսային լազերները։ Նրանցից յուրաքանչյուրը կիրառություն է գտնում և ունի իր առանձնահատկությունները: Հիմնական տարբերությունն այն է, որ իմպուլսային պինդ վիճակի լազերներն ավելի բարձր հզորություն ունեն: Որովհետև յուրաքանչյուր կրակոցի համարֆոտոնները կարծես թե «կուտակվում են», այնուհետև մեկ իմպուլսը կարող է ավելի շատ էներգիա մատակարարել, քան շարունակական գեներացումը նույն ժամանակահատվածում: Որքան կարճ է տեւում իմպուլսը, այնքան յուրաքանչյուր «կրակոց» ավելի հզոր է։ Այս պահին տեխնոլոգիապես հնարավոր է ֆեմտովայրկյանական լազեր կառուցել։ Նրա ազդակներից մեկը տևում է մոտ 10-15 վայրկյան: Այս կախվածությունը կապված է այն բանի հետ, որ վերը նկարագրված հետ-բնակչության գործընթացները շատ, շատ քիչ են տևում։ Որքան երկար է պահանջվում սպասել մինչև լազերային «կրակելը», այնքան ավելի շատ էլեկտրոններ ժամանակ կունենան հակադարձ մակարդակից դուրս գալու համար: Համապատասխանաբար, ֆոտոնների կոնցենտրացիան և ելքային ճառագայթի էներգիան նվազում են։

Լազերային փորագրություն

Մետաղյա և ապակյա իրերի մակերեսի նախշերը զարդարում են մարդու առօրյան։ Դրանք կարող են կիրառվել մեխանիկական, քիմիական կամ լազերային եղանակով: Վերջին մեթոդը ամենաժամանակակիցն է։ Նրա առավելությունները այլ մեթոդների նկատմամբ հետևյալն են. Քանի որ մշակման ենթակա մակերևույթի վրա ուղղակի ազդեցություն չկա, նախշի կամ մակագրության կիրառման գործընթացում գրեթե անհնար է որևէ բան վնասել: Լազերային ճառագայթը այրում է շատ մակերեսային ակոսներ. նման փորագրությամբ մակերեսը մնում է հարթ, ինչը նշանակում է, որ իրը չի վնասվել և ավելի երկար կգործի։ Մետաղի դեպքում լազերային ճառագայթը փոխում է նյութի կառուցվածքը, և մակագրությունը երկար տարիներ չի ջնջվի։ Եթե ինչ-որ բան օգտագործվի խնամքով, չընկղմվի թթվի մեջ և չդեֆորմացվի, ապա մի քանի սերունդ դրա վրայի նախշը անպայման կպահպանվի։ Լավագույնն այն է, որ փորագրման համար պինդ վիճակի իմպուլսային լազեր ընտրել երկու պատճառով՝ պինդ վիճակում պրոցեսներավելի հեշտ է վարել, և դա օպտիմալ է հզորության և գնի առումով:

Տեղադրում

Գոյություն ունեն փորագրության հատուկ կարգավորումներ։ Բացի բուն լազերից, դրանք բաղկացած են մեխանիկական ուղեցույցներից, որոնցով շարժվում է լազերը, և կառավարման սարքավորումներից (համակարգիչ): Լազերային մեքենան օգտագործվում է մարդու գործունեության բազմաթիվ ճյուղերում։ Վերևում խոսեցինք կենցաղային իրերը զարդարելու մասին։ Անձնական պատառաքաղները, կրակայրիչները, ակնոցները, ժամացույցները երկար կմնան ընտանիքում և կհիշեցնեն ձեզ երջանիկ պահերի մասին։

Սակայն լազերային փորագրման կարիք ունեն ոչ միայն կենցաղային, այլև արդյունաբերական ապրանքները։ Խոշոր գործարանները, ինչպիսիք են ավտոմեքենաները, արտադրում են դետալներ հսկայական քանակությամբ՝ հարյուր հազարավոր կամ միլիոնավոր: Յուրաքանչյուր նման տարր պետք է նշվի՝ երբ և ով է այն ստեղծել: Չկա ավելի լավ միջոց, քան լազերային փորագրությունը. թվերը, արտադրության ժամանակը, ծառայության ժամկետը երկար ժամանակ կմնան նույնիսկ շարժվող մասերի վրա, որոնց դեպքում մեծանում է քայքայման վտանգը: Լազերային մեքենան այս դեպքում պետք է առանձնանա հզորությամբ, ինչպես նաև անվտանգությամբ։ Ի վերջո, եթե փորագրությունը փոխում է մետաղական մասի հատկությունը նույնիսկ տոկոսի մասով, այն կարող է տարբեր կերպ արձագանքել արտաքին ազդեցություններին: Օրինակ, կոտրեք այն վայրում, որտեղ կիրառվում է մակագրությունը: Այնուամենայնիվ, կենցաղային օգտագործման համար հարմար է ավելի պարզ և էժան տեղադրումը: