4 Установки для раскроя лучом лазера

4.1 Физическая сущность процесса раскроя лучом лазера

Лазеры – когерентные квантовые генераторы оптического диапазона, в которых используется явление усиления электро­магнитных колебаний с помощью индуцированного вынужден­ного излучения.

Когда атом в основном состоянии поглощает фотон, он воз­буждается, то есть переходит в более высокое энергетическое со­стояние. Возбужденный атом может теперь излучать энергию самопроизвольно, испуская фотон и возвращаясь в основное состояние, или же его может вынудить испустить фотон воздей­ствие некоторого внешнего фотона. Тогда наряду с вынужден­ным фотоном появится второй фотон той же длины волны, а атом вернется в основное состояние.

Для перевода атомов в возбужденное состояние к системе подводится электромагнитная энергия по длине волны, отли­чающейся от той, на которой происходит вынужденное излуче­ние. Этот активирующий процесс называют подкачкой. Каскад фотонов, возникший в оптическом квантовом генераторе в ре­зультате вынужденного излучения, приводит к усилению свето­вой волны и начинает развиваться, когда возбужденные атомы спонтанно излучают фотоны параллельно оси камеры. Фотоны, испущенные по другим направлениям, выходят из камеры (кри­сталла).

Этот процесс развивается, так как фотоны, отражаясь, про­ходят туда и обратно между концами камеры (кристалла). Когда усиление достаточно большое, то часть пучка выходит из частично отражающего конца камеры (кристалла).

Выходящий луч света монохроматичен, обладает высокой ко­герентностью во времени. Волна, излучаемая лазером, простран­ственно когерентна. Эти качества позволяют выходящий луч — пучок света — фокусировать таким образом, что диаметр его по­перечного сечения может уменьшаться до 1 мк, создавая высо­кую интенсивность энергии в пятне фокуса.

Оптический квантовый генератор состоит из трех основных элементов: активного вещества, являющегося источником инду­цированного излучения, источника возбуждения (подкачки), ко­торый снабжает энергией активное вещество, и резонансной си­стемы. Активным веществом может быть как твердое тело, так и газ (газовая смесь) или жидкость.

Лазеры могут быть разделены по различным признакам на определенные группы. По виду активного рабочего вещества они делятся на лазеры на твердом теле, в том числе и полупро­водниковые, газовые и жидкостные. В зависимости от режима работы различаются лазеры непрерывного действия и импульс­ные, по частотному диапазону излучаемого света — инфракрас­ного, видимого и ультрафиолетового спектра. Кроме того, ла­зеры различаются по методу накачки и охлаждения.

При раскрое материалов легкой промышленности нашли применение газовые лазеры, у которых активным рабочем веществом является газ или газо­вая смесь. Резонансная система представляет собой трубку 1 (рис. 4.1), на концах которой укреплены зеркала 2 (одно непро­зрачное, другое полупрозрачное). Выходной луч 3 создается в процессе многократного прохождения между зерка­лами. Источник подкачки — ток высокого напряжения. Главное преимущество этого лазера заключается в том, что он способен работать в непрерывном режиме лазера при небольших количествах подводимой энергии. Кроме того, угол расходимости его луча существенно меньше, чем у ла­зеров других типов, что является важным фактором при фоку­сировке излучения.

Рисунок 4.1 – Схема конструкции газового лазера

   
© ALLROUNDER