Общие сведения о лазерах

Лазерные технологии, применяемые в машиностроении

Одним из качественно новых технологических процессов, все шире внедряемых в производство, являются лазерные технологии. В их основе лежит тепловое воздействие на материалы электромагнитного излучения, создаваемого оптическими генераторами — лазерами.

Возможности сфокусированного пучка лазерного излучения уникальны. Процесс обработки лазерным лучом отличается от традиционных методов обработки отсутствием контактных явлений в зоне обработки, минимальной зоной теплового воздействия, универсальностью сфокусированного пучка — инструмента и возможностью автоматизации процесса.

В атомах электроны вращаются вокруг ядер по орбитам, составляющим дискретные электронные слои. Вращающиеся электроны обладают энергией, зависящей от расстояния данного слоя от ядра. Таким образом, можно рассматривать систему уровней энергии, которые составляют энергетический спектр атома или молекулы.

Возможное наименьшее энергетическое состояние атома является устойчивым (основное состояние). Переход атома или молекулы в более высокое энергетическое состояние связано с его возбуждением.

Число частиц в единице объема вещества, имеющих данный уровень энергии, называют населенностью энергетического уровня. В возбужденном состоянии населенность верхних энергетических уровней повышенная. Это явление называют инверсией населенности. Снижение энергии происходит за счет ее выделения в виде квантов. Это, так называемый, излучательный квантовый переход.

Энергия может снижаться и за счет безизлучательных переходов (за счет передачи избытка энергии другим частицам или усилия теплового колебания решеток).

Излучательные квантовые переходы могут быть самопроизвольными (спонтанными) и вынужденными. Спонтанное излучение происходит случайно, кванты испускаются хаотично в разные моменты времени и в разныхнаправлениях в пространстве. Поэтому такое излучение является некогерентным и широкополосным по спектру.

Вынужденное излучение инициируется поглощением попадающих в вещество квантов и созданием инверсии населенности. При вынужденном излучении в процесс вовлекаются как первичные вынуждающие кванты, так и вторичные, испускаемые возбужденным атомом. Поэтому выделяемая при этом процессе энергия увеличена. В отличие от спонтанного излучения, вынужденное является когерентным, оно соответствует частоте, фазе, поляризации и направлению первичного излучения.

Дата добавления: 2014-01-20