✷ Laser
Der vollständige Name lautet „Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission“.Dies bedeutet wörtlich „Verstärkung der durch Licht angeregten Strahlung“.Es handelt sich um eine künstliche Lichtquelle mit anderen Eigenschaften als natürliches Licht, die sich geradlinig über große Entfernungen ausbreiten und in einem kleinen Bereich sammeln kann.
✷ Unterschied zwischen Laser und natürlichem Licht
1. Monochromatizität
Natürliches Licht umfasst einen breiten Wellenlängenbereich von Ultraviolett bis Infrarot.Seine Wellenlängen variieren.
Natürliches Licht
Laserlicht ist eine einzelne Wellenlänge des Lichts, eine Eigenschaft, die Monochromatizität genannt wird.Der Vorteil der Monochromatizität besteht darin, dass sie die Flexibilität des optischen Designs erhöht.
Laser
Der Brechungsindex von Licht variiert je nach Wellenlänge.
Wenn natürliches Licht durch eine Linse fällt, kommt es aufgrund der darin enthaltenen unterschiedlichen Wellenlängen zu einer Diffusion.Dieses Phänomen wird chromatische Aberration genannt.
Laserlicht hingegen ist Licht einer einzelnen Wellenlänge, das nur in die gleiche Richtung gebrochen wird.
Während beispielsweise das Objektiv einer Kamera so konstruiert sein muss, dass farbbedingte Verzerrungen korrigiert werden, müssen Laser nur diese Wellenlänge berücksichtigen, damit der Strahl über große Entfernungen übertragen werden kann, was ein präzises Design ermöglicht, das das Licht konzentriert an einer kleinen Stelle.
2. Richtwirkung
Unter Direktionalität versteht man den Grad, in dem sich Schall oder Licht auf seinem Weg durch den Raum weniger stark ausbreitet.Eine höhere Direktionalität weist auf eine geringere Diffusion hin.
Natürliches Licht: Es besteht aus Licht, das in verschiedene Richtungen gestreut wird. Um die Richtwirkung zu verbessern, ist ein komplexes optisches System erforderlich, um Licht außerhalb der Vorwärtsrichtung zu entfernen.
Laser:Es handelt sich um ein stark gerichtetes Licht, und es ist einfacher, die Optik so zu gestalten, dass sich der Laser geradlinig ausbreitet, ohne sich auszubreiten, was eine Übertragung über große Entfernungen usw. ermöglicht.
3. Kohärenz
Kohärenz gibt den Grad an, in dem Licht dazu neigt, sich gegenseitig zu stören.Wenn Licht als Wellen betrachtet wird, ist die Kohärenz umso höher, je näher die Bänder beieinander liegen.Beispielsweise können sich verschiedene Wellen auf der Wasseroberfläche gegenseitig verstärken oder auslöschen, wenn sie miteinander kollidieren. Ähnlich wie bei diesem Phänomen ist der Grad der Interferenz umso geringer, je zufälliger die Wellen sind.
Natürliches Licht
Die Phase, Wellenlänge und Richtung des Lasers sind gleich und es kann eine stärkere Welle aufrechterhalten werden, wodurch eine Übertragung über große Entfernungen ermöglicht wird.
Laserspitzen und -täler sind konsistent
Hochkohärentes Licht, das über große Entfernungen übertragen werden kann, ohne sich auszubreiten, hat den Vorteil, dass es durch eine Linse in kleinen Punkten gesammelt werden kann und als hochdichtes Licht verwendet werden kann, indem das an anderer Stelle erzeugte Licht übertragen wird.
4. Energiedichte
Laser weisen eine hervorragende Monochromatizität, Richtwirkung und Kohärenz auf und können zu sehr kleinen Punkten zusammengefasst werden, um Licht mit hoher Energiedichte zu erzeugen.Laser können bis nahe an die Grenze des natürlichen Lichts verkleinert werden, die mit natürlichem Licht nicht erreicht werden kann.(Umgehungsgrenze: Bezieht sich auf die physikalische Unfähigkeit, Licht auf etwas zu fokussieren, das kleiner als die Wellenlänge des Lichts ist.)
Durch die Verkleinerung des Lasers auf eine kleinere Größe kann die Lichtintensität (Leistungsdichte) so weit erhöht werden, dass er zum Schneiden von Metall verwendet werden kann.
Laser
✷ Prinzip der Laseroszillation
1. Prinzip der Lasererzeugung
Um Laserlicht zu erzeugen, werden Atome oder Moleküle, sogenannte Lasermedien, benötigt.Das Lasermedium wird von außen mit Energie versorgt (angeregt), sodass das Atom von einem Grundzustand mit niedriger Energie in einen angeregten Zustand mit hoher Energie wechselt.
Der angeregte Zustand ist der Zustand, in dem sich die Elektronen innerhalb eines Atoms von der inneren zur äußeren Hülle bewegen.
Nachdem ein Atom in einen angeregten Zustand übergegangen ist, kehrt es nach einer gewissen Zeit in den Grundzustand zurück (die Zeit, die benötigt wird, um vom angeregten Zustand in den Grundzustand zurückzukehren, wird als Fluoreszenzlebensdauer bezeichnet).Zu diesem Zeitpunkt wird die empfangene Energie in Form von Licht abgestrahlt, um in den Grundzustand zurückzukehren (spontane Strahlung).
Dieses abgestrahlte Licht hat eine bestimmte Wellenlänge.Laser werden erzeugt, indem Atome in einen angeregten Zustand umgewandelt werden und das resultierende Licht dann extrahiert wird, um es zu nutzen.
2. Prinzip des verstärkten Lasers
Atome, die für eine bestimmte Zeit in einen angeregten Zustand überführt wurden, strahlen durch spontane Strahlung Licht aus und kehren in den Grundzustand zurück.
Je stärker jedoch das Anregungslicht ist, desto mehr nimmt die Anzahl der Atome im angeregten Zustand zu, und auch die spontane Lichtstrahlung nimmt zu, was zum Phänomen der angeregten Strahlung führt.
Unter stimulierter Strahlung versteht man das Phänomen, bei dem nach dem Einfall von Licht spontaner oder stimulierter Strahlung auf ein angeregtes Atom dieses Licht das angeregte Atom mit Energie versorgt, um dem Licht die entsprechende Intensität zu verleihen.Nach angeregter Strahlung kehrt das angeregte Atom in seinen Grundzustand zurück.Es ist diese stimulierte Strahlung, die zur Verstärkung von Lasern genutzt wird. Je größer die Anzahl der Atome im angeregten Zustand ist, desto mehr stimulierte Strahlung wird kontinuierlich erzeugt, wodurch das Licht schnell verstärkt und als Laserlicht extrahiert werden kann.
✷ Aufbau des Lasers
Industrielaser werden grob in vier Typen eingeteilt.
1. Halbleiterlaser: Ein Laser, der als Medium einen Halbleiter mit einer aktiven Schichtstruktur (lichtemittierende Schicht) verwendet.
2. Gaslaser: CO2-Laser mit CO2-Gas als Medium sind weit verbreitet.
3. Festkörperlaser: Im Allgemeinen YAG-Laser und YVO4-Laser mit kristallinen YAG- und YVO4-Lasermedien.
4. Faserlaser: Verwendung einer optischen Faser als Medium.
✷ Über Impulseigenschaften und Auswirkungen auf Werkstücke
1. Unterschiede zwischen YVO4 und Faserlaser
Die Hauptunterschiede zwischen YVO4-Lasern und Faserlasern sind Spitzenleistung und Impulsbreite.Die Spitzenleistung stellt die Intensität des Lichts dar und die Impulsbreite stellt die Dauer des Lichts dar.yVO4 hat die Eigenschaft, leicht hohe Spitzen und kurze Lichtimpulse zu erzeugen, und Faser hat die Eigenschaft, leicht niedrige Spitzen und lange Lichtimpulse zu erzeugen.Wenn der Laser das Material bestrahlt, kann das Bearbeitungsergebnis je nach Impulsdifferenz stark variieren.
2. Auswirkungen auf Materialien
Die Impulse des YVO4-Lasers bestrahlen das Material für kurze Zeit mit hochintensivem Licht, sodass sich die helleren Bereiche der Oberflächenschicht schnell erwärmen und dann sofort abkühlen.Der bestrahlte Teil wird im Siedezustand auf einen schäumenden Zustand abgekühlt und verdampft, um einen flacheren Abdruck zu bilden.Die Bestrahlung endet, bevor die Wärme übertragen wird, so dass kaum thermische Auswirkungen auf die Umgebung entstehen.
Die Pulse des Faserlasers hingegen strahlen über lange Zeiträume Licht geringer Intensität ab.Die Temperatur des Materials steigt langsam an und bleibt lange Zeit flüssig oder verdampft.Daher eignet sich der Faserlaser für die Schwarzgravur, wenn die Gravurmenge groß ist oder das Metall großer Hitze ausgesetzt ist, oxidiert und geschwärzt werden muss.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 26. Okt. 2023