文档介绍：主要内容
激光介绍
激光加工的原理及特点
激光加工的基本设备
激光加工的应用
第五章激光加工
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第五章激光加工
激光介绍
激光的字面意思是“通过辐射的受激发射实现光放大”,实质是光的受激放大,简称为激光。
激光的发展有很长的历史,它的原理早在 1917 年已被著名的物理学家爱因斯坦发现, 1958 年激光首次成功制造。40年来,激光已经深入我们生活的各个角落,打长途电话,看DVD,医院里做手术……都用得着激光。有人说,激光是二十世纪最伟大的发明之一。
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(1)物质的结构
物质由原子组成。原子的中心是原子核,由质子和中子组成。质子带有正电荷,中子则不带电。原子的外围布满着带负电的电子,绕着原子核运动。
1、激光产生的原理
图一碳原子示意图
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原子中电子具有不同的能量,使其处于不同的“能阶”,距离原子核越远的轨道能量越高。
当原子内电子处于最低的能阶—原子处于基态。
当一个或多个电子处于较高的能阶—原子处于受激态。
电子通过吸收或释放能量从一个能阶跃迁至另一个能阶的现象称为电子的跃迁。
电子的跃迁共有三种形式:自发吸收、自发辐射、受激辐射。
(2)电子的跃迁
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自发吸收- 电子透过吸收光子从低能阶跃迁到高能阶;
自发辐射- 电子自发地通过释放光子从高能阶跃迁到较低能阶;
受激辐射- 光子射入物质诱发电子从高能阶跃迁到低能阶,并释放光子。入射光子与释放的光子有相同的波长和相,此波长对应于两个能阶的能量差。一个光子诱发一个原子发射一个光子,最后就变成两个相同的光子。
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图二原子内电子的跃迁过程
(a)自发吸收(b)自发辐射(c)受激辐射
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原子首先吸收能量,跃迁至受激态。
原子处于受激态的时间非常短,大约10-7秒后,它便会落到一个称为亚稳态的中间状态。
原子停留在亚稳态的时间很长,大约10-3秒或更长的时间。
原子长时间留在亚稳态,导致在亚稳态的原子数目多于在基态的原子数目,此现象称为粒子数反转。
粒子数反转是产生激光的关键,因为它使通过受激辐射由亚稳态回到基态的原子,比通过自发吸收由基态跃迁至亚稳态的原子为多,从而保证了介质内的光子可以增多,以输出激光。
(3)粒子数反转
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图四粒子数反转的状态
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图三红宝石激光示意图
闪光灯的光射入激光介质,使激光介质中的铬原子受到激发,最外层的电子跃迁到受激态。
电子通过释放光子,回到较低的能阶。
释放出的光子被镜子来回反射,诱发更多的电子进行受激辐射,使激光的强度增加。
一面镜子会把全部光子反射,另一面镜子则会把大部分光子反射,并让其余小部分光子穿过﹔而穿过镜子的光子就构成激光。
(4)激光的产生
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(1)方向性好
方向性即光束偏离轴线的发散角,常以平面角θ角大小来评价。θ角愈小,光束发散愈小,方向性愈好。
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激光束可以被压缩在很小的立体角内,其发散角一般在毫弧度数量级,比探照灯好 10 倍以上,比微波好约 100 倍,如果借助光学系统,θ角可减小至微弧度(10 -6rad)量级,接近真正的平行光束。
2、激光的特点
利用这个特性制成激光测距机、激光雷达、激光制导武器。
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(2)单***好
单***是指光源发出的光强按频率(或波长)分布曲线狭窄的程度。线宽愈窄,光源的单***愈好,这是激光获得广泛应用的物理基础之一。
计量工作的标准光源、激光通讯等利用了单***好的特点。
光缆
激光通讯
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