文档介绍：激光(束) 加工(Laser Bean Machining) 1 何谓光我们通常所谓的光, 是指由紫外线, 可见光, 以至红外线等所组成。波长较紫外线短的称为 X线,γ线, 而波长较红外线长的称为电波。所有这些的总称, 一般称为电磁波。所以光是电磁波的一部份。 2 何谓激光激光之英文原名为 Light Amplification by Simulated Emission of Radiation ,简称为 LASER ,其中文意义为藉由电磁波之受激发射所产生之光放大,是近代科学研究中相当重要的发明。激光具有高功率密度高单***, 高指向性及高相干性等四大优点, 故普及应用于研发医疗、通讯、信息、及工业等领域, 可知激光不仅能造福人类, 而且可以提升相关产业之整体发展。 3 激光的发射原理在微观世界( 量子力学的世界), 个别之原子或分子所具有能量( 动能+位能)( 如图一所示) 仅能处于一系列不连续且分立的稳定状态, 其中能量最低的状态称为基态( 低能状态)。(图一)微观粒子的能阶虽然微观粒子一般处于最低能量的基态, 但若有能量(热、光、电子) 由外部加入于基态的微观粒子时, 微观粒子会被激发, 而移至高能量状态( 激态)。然而此激发状态并不安定, 随后会有移至低能量状态的趋向。例如, 进行 E1 → E0 转移时, 会多余出 E1 → E0 的能量。此多余的能量( E1 → E0 ) 会转变成 hv(h: 蒲朗克常数,v: 光的频率), 也就是所谓的光量子或光子(并不是全部均转换为光,也可能变成热能)。位于高能阶之原子, 因光的受激而掉落至基态, 因而发射出更强的光。此即激光发射之基本原理。激光不管是行进方向或相位均整齐一致。这些观念最初是由爱因斯坦所提出。(如图二) 图2受激发射过程光虽然由少数的激态原子受激而发射出来,但却为存在于基态之大部份原子所吸收,因此受激发射之比例必须高于吸收之比例才能使激光发射。也就是说高能阶之原子(分子)数要较位于低能阶之原子( 分子)数( 反转分布)多。( 如图三) 一般而言此反转分布若能恒常地进行的话,则可产生连续振荡的激光(例如 He - Ne ,氩,二氧化碳气体等激光)。又若此反转分布仅能瞬间实现的话,就成为脉冲振荡的激光(例如:红宝石、 YAG 、玻璃、氮、色素等激光)。激励至激态的动作称为『抽运』, 一般是利用放电、光、电子束、电流、激光等来进行。但实际上, 为能得到高强度的光, 必须利用设置于两侧之光镜将激光发射媒体夹于其间, 使受激发射于此二片之光镜间往复地进行( 共振器), 产生出强光后才发射至外部。图三反转分布与定常数分布 4 激光加工的特色(1) 如同电子束加工一样,加工功率密度达 107 w/㎝2 以上,可加工钻石及超硬合金等硬脆材料,热应变及材料变质微小。(2) 电射光平行性良好, 其点径在理论上可集束成 1μm 以下, 温度高达 10000 ℃以上, 可进行非常微细的热熔化( Melting ) 及气化( Vaporization ) 加工, 不会影响邻近区域材料的机械与热磁性质。(3) 非接触加工,不会污染材料且不会造成夹具之磨耗与破损,容易自动化加工。(4) 可经由透明体加工。(5) 不需真空,不必防护 X 光,因而装置较简便,而且作业性良好。(6) 适选加工条件, 可进行金属材料之微