Поиск по каталогу  |  Интер-Сервис      in-s ООО "ВолгаЛазер" ООО "ВолгаЛазер"
ЛК 2015
ELEn C2200
MGO 3000
О компании
Производство
лазерная резка металлов, резка металлов
Услуги / цены
Контакты
 

Генерация излучения

В соответствии с представлениями классической электродинамики известно, что каждый ускоренный электрический заряд приводит к излучению электромагнитной волны, причем ускорение в простейшем случае может быть связано с колебаниями заряда.

Это справедливо для метровых волн радиовещательных и телевизионных передатчиков и сантиметровых и миллиметровых волн микроволновой техники. При этом типичным является то обстоятельство, что под действием соответствующей обратной связи возбуждается большое число электронов в синхронные колебания (синусоидальный ток в антене), а это приводит к излучению электромагнитной волны по синусоидальному закону (рис. 1). Частота ν колебания определяется при этом свойствами колебательного контура – индуктивностью L и емкостью С контура.

генерация излучений

Рис. 1 – Принцип генерирования колебаний в колебательном контуре (L – дуктивность; С – емкость; R – обратная связь)

Генерирование электромагнитных волн возможно с максимальной частотой примерно 1011 Гц и соответственно λ ≈ 1 мкм. Таким образом, более коротковолновое излучение можно получать с помощью атомных диполей. Это относится, в частности, к световым волнам.

Под атомным диполем понимают колеблющийся диполь атомных размеров. При этом речь идет о молекулах, атомах, возбуждениях в твердых телах, а также ядрах атомов.

Атом состоит из положительно заряженного атомного ядра и вращающегося (отрицательного) электронного облака, причем возможны только определенные энергетические состояния атома Ei (i = l, 2…) (электронные орбиты Бора, дискретные энергетические состояния в квантовой механике, квантование энергии). Переход с более высокого (энергия Е2) к более низкому энергетическому состоянию (Е1) (электронный переход) осуществляется за счет колебания диполя с частотой

ν = (E2 - E1)/h, где h – постоянная Планка (h = 6,62×10-34 Дж×с).

Излучение электромагнитной волны на этой частоте происходит с энергией (E2 - E1), которая испускается в виде фотона.

Возбуждение более высоких энергетических состояний, если отсутствует поле излучения, происходит путем соударений (например, возбуждение электронным ударом в газовых разрядах, при прохождении тока в твердых телах, столкновения в высоконагретых средах). Переход из возбужденного в основное состояние (начало излучения) происходит спонтанно, т.е. в непредсказуемый момент времени (спонтанное излучение).

Вероятность перехода в единицу времени связана со средним временем жизни возбужденного состояния.

При взаимодействии колеблющегося с частотой ν атомного диполя с полем излучения той же частоты (условие резонанса) и числом фотонов n с вероятностью перехода в единицу времени ωab происходит:

  1. поглощение излучения и тем самым возбуждение (E1→E2) атома, если этот атом находился в основном состоянии;
  2. с одинаковой вероятностью ωind = ωabнеобходимое для лазера вынужденное (или индуцированное) излучение, при котором возбужденный атом отдает свою энергию (E2 - E1) в фазе падающей электромагнитной волны (рис. 2).
генерация излучений

Рис. 2 – Схематическое изображение спонтанного излучения (а), поглощения (б) и вынужденного (стимулированного) излучения (в) (слева до взаимодействия, справа поcле взаимодействия): ∼∼∼→ – падающая или излученная волна; • – населенность уровня

Называемое светом электромагнитное излучение реализуется в виде суммарного излучения всех атомных диполей рассматриваемого источника света. При этом наряду с поглощением возникает как спонтанное, так и вынужденное излучение. В какой доле оба вида излучения вносят вклад в результирующее излучение, зависит от отношений заселенностей излучающих атомов, которые определяются способом возбуждения (рис. 3).

генерация излучений

Рис. 3 – Интенсивность I поля излучения возбужденной системы атомов AS при спонтанном (а) и вынужденном излучении (б): ∼∼∼ – излученные цугн волн; • – возбужденные атомы

Если излучение определяется в основном спонтанным процессом, то речь идет о тепловом (обычном) источнике света. Такое излучение называют тепловым или также естественным светом. Оно возникает за счет статистического (спонтанного) излучения несвязанных друг с другом возбужденных атомов.

Если излучение в основном определяется вынужденным процессом, то речь идет о лазерном излучении, оно возникает как синхронизированное излучение возбужденной системы (рис. 3). Свойства лазерного излучения позволяют использовать лазеры в промышленных целях (при обработке материалов).

Лазерная резка, сварка, сверление, плавление, скрайбирование, закалка, гравировка и повышение качества поверхности используют то обстоятельство, что монохроматическое лазерное излучение оптически может быть сфокусировано в пятно с очень маленьким диаметром, при этом достигается очень высокая плотность энергии и мощности, для обработки материалов необходимо определенное взаимодействие с веществом. Решающей величиной при обработке материала (резка металла, сверление, термообработка и т.п.) является доля поглощения лазерного излучения. Поглощение лазерного излучения зависит от длины волны излучения, температуры, свойств материала.

<< вернуться на страницу «Технологии»


Яндекс цитирования ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА
ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА МЕТАЛЛА