✷ الليزر
اسمها الكامل هو تضخيم الضوء عن طريق الانبعاث الإشعاعي المحفز.وهذا يعني حرفيًا "تضخيم الإشعاع المثار بالضوء".وهو مصدر ضوء صناعي له خصائص مختلفة عن الضوء الطبيعي، ويمكن أن ينتشر إلى مسافة طويلة في خط مستقيم ويمكن أن يتجمع في منطقة صغيرة.
✷ الفرق بين الليزر والضوء الطبيعي
1. أحادية اللون
يشمل الضوء الطبيعي مجموعة واسعة من الأطوال الموجية من الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء.تختلف أطوالها الموجية.
ضوء طبيعي
ضوء الليزر هو طول موجي واحد من الضوء، وهي خاصية تسمى أحادية اللون.ميزة أحادية اللون هي أنها تزيد من مرونة التصميم البصري.
الليزر
يختلف معامل انكسار الضوء حسب الطول الموجي.
عندما يمر الضوء الطبيعي عبر العدسة، يحدث الانتشار بسبب الأنواع المختلفة من الأطوال الموجية الموجودة بداخلها.وتسمى هذه الظاهرة انحراف لوني.
من ناحية أخرى، ضوء الليزر هو طول موجي واحد من الضوء ينكسر فقط في نفس الاتجاه.
على سبيل المثال، بينما تحتاج عدسة الكاميرا إلى تصميم يصحح التشوه الناتج عن اللون، يحتاج الليزر فقط إلى أخذ الطول الموجي في الاعتبار، بحيث يمكن نقل الشعاع عبر مسافات طويلة، مما يسمح بتصميم دقيق يركز الضوء في بقعة صغيرة.
2. الاتجاهية
الاتجاهية هي الدرجة التي تقل فيها احتمالية انتشار الصوت أو الضوء أثناء انتقاله عبر الفضاء؛يشير الاتجاه الأعلى إلى انتشار أقل.
ضوء طبيعي: وهو يتألف من ضوء منتشر في اتجاهات مختلفة، ولتحسين الاتجاهية، هناك حاجة إلى نظام بصري معقد لإزالة الضوء خارج الاتجاه الأمامي.
الليزر:إنه ضوء اتجاهي للغاية، ومن الأسهل تصميم بصريات للسماح لليزر بالسفر في خط مستقيم دون الانتشار، مما يسمح بالانتقال لمسافات طويلة وما إلى ذلك.
3. التماسك
يشير التماسك إلى الدرجة التي يميل بها الضوء إلى التداخل مع بعضها البعض.إذا تم اعتبار الضوء بمثابة موجات، فكلما كانت النطاقات أقرب كلما زاد التماسك.على سبيل المثال، الموجات المختلفة على سطح الماء قد تعزز أو تلغي بعضها البعض عندما تصطدم ببعضها البعض، وبنفس طريقة هذه الظاهرة، كلما كانت الموجات عشوائية كلما ضعفت درجة التداخل.
ضوء طبيعي
مرحلة الليزر وطوله الموجي واتجاهه هي نفسها، ويمكن الحفاظ على موجة أقوى، وبالتالي تمكين الإرسال لمسافات طويلة.
قمم وأودية الليزر متسقة
يتمتع الضوء عالي التماسك، والذي يمكن أن ينتقل عبر مسافات طويلة دون أن ينتشر، بميزة أنه يمكن تجميعه في نقاط صغيرة من خلال عدسة، ويمكن استخدامه كضوء عالي الكثافة عن طريق نقل الضوء المتولد في مكان آخر.
4. كثافة الطاقة
يتمتع الليزر بأحادية اللون واتجاهية وتماسك ممتازة، ويمكن تجميعه في نقاط صغيرة جدًا لتكوين ضوء عالي الكثافة من الطاقة.يمكن تقليص حجم الليزر إلى ما يقرب من حد الضوء الطبيعي الذي لا يمكن الوصول إليه عن طريق الضوء الطبيعي.(حد التجاوز: يشير إلى عدم القدرة الجسدية على تركيز الضوء على شيء أصغر من الطول الموجي للضوء.)
عن طريق تقليص الليزر إلى حجم أصغر، يمكن زيادة شدة الضوء (كثافة الطاقة) إلى النقطة التي يمكن استخدامها لقطع المعدن.
الليزر
✷ مبدأ تذبذب الليزر
1. مبدأ توليد الليزر
لإنتاج ضوء الليزر، هناك حاجة إلى ذرات أو جزيئات تسمى وسائط الليزر.يتم تنشيط وسط الليزر خارجيًا (مثارًا) بحيث تتغير الذرة من الحالة الأرضية منخفضة الطاقة إلى الحالة المثارة عالية الطاقة.
الحالة المثارة هي الحالة التي تنتقل فيها الإلكترونات الموجودة داخل الذرة من الغلاف الداخلي إلى الغلاف الخارجي.
بعد أن تتحول الذرة إلى الحالة المثارة، فإنها تعود إلى الحالة الأرضية بعد فترة من الزمن (الوقت الذي تستغرقه الذرة للعودة من الحالة المثارة إلى الحالة الأرضية يسمى عمر التألق).في هذا الوقت تشع الطاقة المستقبلة على شكل ضوء لتعود إلى الحالة الأرضية (الإشعاع التلقائي).
هذا الضوء المشع له طول موجي محدد.يتم توليد الليزر عن طريق تحويل الذرات إلى حالة مثارة ومن ثم استخراج الضوء الناتج للاستفادة منه.
2. مبدأ تضخيم الليزر
الذرات التي تحولت إلى حالة مثارة لفترة زمنية معينة سوف تشع ضوءًا بسبب الإشعاع التلقائي وتعود إلى الحالة الأرضية.
ومع ذلك، كلما كان ضوء الإثارة أقوى، زاد عدد الذرات في الحالة المثارة، كما زاد الإشعاع التلقائي للضوء، مما أدى إلى ظاهرة الإشعاع المثار.
الإشعاع المحفز هو الظاهرة التي، بعد سقوط ضوء من الإشعاع التلقائي أو المحفز على ذرة مثارة، يزود هذا الضوء الذرة المثارة بالطاقة لجعل الضوء بالكثافة المقابلة.وبعد الإشعاع المثار، تعود الذرة المثارة إلى حالتها الأرضية.يتم استخدام هذا الإشعاع المحفز لتضخيم أشعة الليزر، وكلما زاد عدد الذرات في الحالة المثارة، تم توليد المزيد من الإشعاع المحفز بشكل مستمر، مما يسمح بتضخيم الضوء بسرعة واستخراجه كضوء ليزر.
✷ بناء الليزر
يتم تصنيف الليزر الصناعي على نطاق واسع إلى 4 أنواع.
1. ليزر أشباه الموصلات: ليزر يستخدم شبه موصل ببنية طبقة نشطة (طبقة باعثة للضوء) كوسيط له.
2. ليزر الغاز: يتم استخدام ليزر ثاني أكسيد الكربون الذي يستخدم غاز ثاني أكسيد الكربون كوسيط على نطاق واسع.
3. ليزر الحالة الصلبة: بشكل عام ليزر YAG وليزر YVO4، مع وسائط ليزر YAG وYVO4 البلورية.
4. ليزر الألياف: استخدام الألياف الضوئية كوسيط.
✷ نبذة عن خصائص النبض وتأثيراته على قطع العمل
1. الاختلافات بين YVO4 وليزر الألياف
الاختلافات الرئيسية بين ليزر YVO4 وليزر الألياف هي ذروة الطاقة وعرض النبض.تمثل قوة الذروة شدة الضوء، ويمثل عرض النبضة مدة الضوء.تتميز yVO4 بخاصية توليد قمم عالية ونبضات قصيرة من الضوء بسهولة، وتتميز الألياف بخاصية توليد قمم منخفضة ونبضات طويلة من الضوء بسهولة.عندما يقوم الليزر بإشعاع المادة، يمكن أن تختلف نتيجة المعالجة بشكل كبير اعتمادًا على الفرق في النبضات.
2. التأثير على المواد
تعمل نبضات ليزر YVO4 على تشعيع المادة بضوء عالي الكثافة لفترة قصيرة من الوقت، بحيث تسخن المناطق الأخف من الطبقة السطحية بسرعة ثم تبرد على الفور.يتم تبريد الجزء المشعع إلى حالة الرغوة في حالة الغليان ويتبخر لتكوين بصمة أقل سطحية.وينتهي التشعيع قبل انتقال الحرارة، لذلك يكون التأثير الحراري ضئيلًا على المنطقة المحيطة.
من ناحية أخرى، تشع نبضات ألياف الليزر ضوءًا منخفض الكثافة لفترات طويلة من الزمن.وترتفع درجة حرارة المادة ببطء وتبقى سائلة أو متبخرة لفترة طويلة.ولذلك فإن ألياف الليزر مناسبة للنقش باللون الأسود حيث تصبح كمية النقش كبيرة، أو حيث يتعرض المعدن لكمية كبيرة من الحرارة ويتأكسد ويحتاج إلى اللون الأسود.
وقت النشر: 26 أكتوبر 2023