Boks Kracht Berekenaar & Formule (Online & Gratis)
Heb je je ooit afgevraagd hoe je kunt zorgen voor een succesvol metaalstempelproject? In deze blogpost duiken we in de kritieke factoren die uw stempelproces kunnen maken of breken....
Stel je eens voor: een lichtstraal die krachtig genoeg is om door staal te snijden of delicate operaties uit te voeren. Dit artikel duikt in de fascinerende wereld van lasertechnologie en verkent de belangrijkste onderdelen en principes die lasers mogelijk maken. Van het actieve medium tot de optische resonator, elk element speelt een cruciale rol bij het genereren en versterken van laserlicht. Lezers krijgen een uitgebreid inzicht in de werking van lasers en de wetenschap achter deze revolutionaire technologie. Bereid je voor op het ontdekken van de geheimen van deze buitengewone lichtstralen!
De basisstructuur van de laser is afgebeeld in Figuur 1 en bestaat uit de volgende componenten:
De productie van laserlicht vereist een geschikt actief medium, dat een gas, vloeistof, vaste stof of halfgeleider kan zijn. In dit medium kan populatie-inversie worden bereikt om de noodzakelijke voorwaarden te creëren voor het genereren van laserlicht. Het bestaan van metastabiele energieniveaus vergemakkelijkt de populatie-inversie enorm.
Er zijn bijna duizend soorten actieve media beschikbaar die lasergolflengtes kunnen produceren van ultraviolet tot ver-infrarood, wat een breed spectrum bestrijkt.
Als het hart van de laser bestaat het actieve medium uit activatordeeltjes (meestal metalen) en een matrix. De energieniveaustructuur van de activatordeeltjes bepaalt de spectrale kenmerken en de fluorescentielevensduur van de laser, terwijl de matrix voornamelijk de fysische en chemische eigenschappen van het actieve medium bepaalt.
Lasers kunnen worden onderverdeeld in systemen met drie niveaus (zoals robijnlasers) en systemen met vier niveaus (zoals Nd:YAG-lasers) op basis van de energieniveaustructuur van de activatordeeltjes. Veelgebruikte vormen voor het actieve medium zijn cilindrisch (meest gebruikt), vlak, schijf en buisvormig.
Om populatie-inversie in het actieve medium te bereiken, moeten atomen op een bepaalde manier worden geëxciteerd om het aantal deeltjes op hogere energieniveaus te verhogen. Voor continue laseroutput is constant "pompen" nodig om een hogere populatie van deeltjes op het bovenste energieniveau te handhaven dan op het onderste, daarom wordt de externe pompbron ook wel de pompbron genoemd.
De pompbron levert energie om de populatie om te keren tussen de hoge en lage energieniveaus, waarbij optisch pompen tegenwoordig de meest gebruikte methode is. De pompbron moet aan twee basisvoorwaarden voldoen: hij moet een hoog lichtrendement hebben en zijn spectrale kenmerken moeten overeenkomen met het absorptiespectrum van het actieve medium. Gangbare pompbronnen zijn inerte gasontladingslampen, zonne-energie en diodelasers.
Ontladingslampen op inert gas zijn de meest gebruikte pompbronnen. Pompen met zonne-energie wordt vaak gebruikt voor apparaten met een laag vermogen, vooral kleine lasers in ruimtetoepassingen die zonne-energie kunnen gebruiken als permanente energiebron. Het pompen met diodes vertegenwoordigt de toekomstige richting van lasers met vaste stoffen, combineert veel voordelen en wordt een van de snelst ontwikkelende lasers.
Diode-pompmethoden kunnen worden verdeeld in twee typen: transversaal pompen (pompen aan het uiteinde met coaxiale inval) en longitudinaal pompen (zijdelings pompen met verticale inval).
Diodegepompte vastestoflasers hebben talrijke voordelen, waaronder een lange levensduur, een goede frequentiestabiliteit en minimale thermische optische vervorming. Het meest opvallende voordeel is de hoge pompefficiëntie dankzij de nauwkeurige afstemming tussen de golflengte van het gepompte licht en het absorptiespectrum van het actieve medium.
De focusseerholte heeft twee functies: het koppelt de pompbron effectief aan het actieve medium en bepaalt de verdeling van de dichtheid van het pomplicht op het actieve medium, waardoor de uniformiteit, divergentie en optische vervorming van de uitvoerbundel worden beïnvloed.
Aangezien zowel het actieve medium als de pompbron zich in de focusseerholte bevinden, heeft de kwaliteit ervan een directe invloed op de efficiëntie en prestaties van de pomp. Elliptische cilindervormige focusseerholtes worden het meest gebruikt in kleine lasers met vastestoftechnologie.
De optische resonator bestaat in wezen uit twee zeer reflecterende spiegels die tegenover elkaar zijn geplaatst aan de uiteinden van de laser. De ene spiegel is volledig reflecterend terwijl de andere gedeeltelijk reflecterend is, waardoor het meeste licht wordt teruggekaatst terwijl een klein deel wordt uitgezonden, waardoor laserlicht wordt geproduceerd. Het licht dat wordt teruggekaatst in het actieve medium blijft nieuwe gestimuleerde emissies uitlokken, waardoor het licht wordt versterkt.
Het licht oscilleert heen en weer in de resonator, wat een kettingreactie en lawineachtige versterking veroorzaakt, wat resulteert in intens laserlicht dat wordt uitgezonden vanaf het gedeeltelijk reflecterende spiegeluiteinde.
De optische resonator zorgt niet alleen voor optische terugkoppeling om continue laseroscillatie en gestimuleerde emissie in stand te houden, maar beperkt ook de richting en frequentie van de oscillerende lichtbundel om de hoge monochromaticiteit en hoge richtingsgevoeligheid van de uitvoerlaser te garanderen. De eenvoudigste en meest gebruikte optische resonator voor vastestoflasers bestaat uit twee vlakke (of bolvormige) spiegels die tegenover elkaar zijn geplaatst.
De koel- en filtersystemen zijn onmisbare hulpapparaten voor een laser. Lasers genereren aanzienlijke warmte tijdens het gebruik, waardoor koelmaatregelen nodig zijn. Het koelsysteem koelt voornamelijk het laseractieve medium, de pompbron en de focusseerholte om de normale werking van de laser te garanderen en de apparatuur te beschermen.
De methoden om te koelen zijn onder andere vloeistof, gas en geleiding, waarbij vloeistofkoeling het meest gebruikt wordt. Om een laserstraal met een hoge monochromaticiteit te verkrijgen, is het bovendien noodzakelijk om de output te filteren. Het filtersysteem kan het meeste pomplicht en ander storend licht verwijderen, wat resulteert in een laserbundel met een hoge monochromatische kwaliteit.
Laten we de robijnlaser als voorbeeld nemen om het werkingsprincipe van een laser uit te leggen. Het actieve medium is een robijnstaaf. Robijn is een aluminiumoxidekristal gedoteerd met een kleine hoeveelheid driewaardige chroomionen, meestal een chroomoxide massaverhouding van ongeveer 0,05%. Omdat chroomionen groen en blauw licht van wit licht absorberen, lijkt de edelsteen roze.
De robijn die Maiman gebruikte in de eerste uitgevonden laser in 1960 was een cilindrische staaf met een diameter van 0,8 cm en een lengte van ongeveer 8 cm. De uiteinden zijn een paar parallelle vlakke spiegels, de ene gecoat met een volledig reflecterende film en de andere met een transmissie van 10%, waardoor de laser kan passeren.
In de robijnlaser wordt een hogedruk xenonlamp gebruikt als "pomp" om chroomionen te exciteren naar de aangeslagen toestand E3. Elektronen gepompt naar E3 snel overgaan (in ongeveer 10-8 seconden) naar E2 zonder straling. E2 is een metastabiel energieniveau waarbij de kans op spontane emissie naar E1 is erg laag, met een levensduur tot 10-3 seconden, waardoor de deeltjes langere tijd kunnen blijven.
Bijgevolg hopen de deeltjes zich op bij E2waardoor een populatie-inversie tussen de energieniveaus E2 en E1. De gestimuleerde lichtemissie van E2 naar E1 is een rode laser met een golflengte van 694,3 nm. De pulslaser verkregen uit de gepulseerde xenonlamp duurt minder dan 1 ms per lichtpuls, waarbij elke pulsenergie meer dan 10 J bedraagt en het vermogen van elke pulslaser meer dan 10 kW kan zijn.
Bij het proces waarbij chroomionen worden geëxciteerd en laserlicht uitzenden, zijn drie energieniveaus betrokken. In een systeem met drie niveaus, aangezien het lagere energieniveau E1 de grondtoestand is en typisch een groot aantal atomen accumuleert, vereist het bereiken van populatie-inversie een aanzienlijke hoeveelheid excitatie.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
ES 
FR 
RU 
DE 
PT 