لیزر برش و پدیده گسیل تحریک شده

در این مقاله قصد داریم تا در خصوص موضوع لیزر برش و پدیده گسیل تحریک شده بپردازیم. همانگونه که در مقالات قبلی گفتیم ظهور لیزر در صنعت باعث افزایش چشم گیر سرعت تولیدات بسیاری از محصولات شد تا جایی که حتی علاوه بر افزایش سرعت تولید افزایش چشم گیر کیفیت محصولات تولید شده در مقایسه با نمونه های تولید شده باروش سنتی  موضوعی بود که نمیتوان از آن چشم پوشی کرد.در زیر به دو موضوع بسایر مهم لیزر برش و پدیده گسیل تحریک شده و دی اکسید کربن میپردازیم.( لیزر برش و پدیده گسیل تحریک شده  )

 پدیده گسیل تحریک شده:

قسمت مرموز لیزر این است که همواره کار می کند. این کاملا ناشی از پدیده گسیل تحریک شده می باشد که  توسط اینشتین در ۱۹۱۶ با بکار بردن یک ارگومان ریاضی پیشگویی شد (پیش گفتار – صفحه ۲). ممکن است به نظر بیاید که ان یک پدیده محرمانه است نه یک تجربه روزمره. در واقع اینگونه نبود تا اینکه در سال ۱۹۲۸  لادنبرگ ابتدا انرا بوسیله مشاهده جذب منفی در یک عمل طیف سنجی تایید کرد(پیشگفتار – جدول ۰٫۱). به هر حال اکنون ما درک می کنیم مکان معمولی  به تابش از هر جسم تابش کننده کمک میکند.( لیزر برش و پدیده گسیل تحریک شده  )

 اینشتین در خلال انالیزهای تابش اشیا داغ فرض کرد که باید یک ترم تابش کننده بر پایه یک فوتون از تابش انواع تحریک شده باشد و نتیجه ان رها شدن انرزی تحریک شده می باشد. نشان داده شد که این درست است که فوتون های تحریک شده در فاز یافته می شوند و در  جهت مشابه فوتونهای محرک حرکت می کنند. یک پرتو لیزر از اختلاف انرژی بین دو سطح تحریک شده و سطح پایین تر بوجود می اید. این معمولا یک طیف خالص است اگر تغییر بین سطوح کوانتوم ارتعاشی یا الکترونیکی باشد , اما اگر تغییر از سطح انرژی خوب به سطوح پایین باشد ممکن است یک رنج از طول موجها داشته باشد (مانند لیزرهای اکسیمر Ti_sapphire,,غیره).( لیزر برش و پدیده گسیل تحریک شده  )

بسیاری از مواد می توانند ساخته شوند که پدیده گسیل تحریک شده را نشان دهند, اما تعداد کمی قابلیت توان زیاد را دارند. از شرایط بعدی این است که وارونگی جمعیت ضروری است بدین معنی که تعداد اتمها ویا مولکولها در سطوح تحریک شده بیشتر از سطوح کم انرژی باشد بنابراین گسترش دادن مانع جذب شدن می شود. برای دستیابی به این باید عمر نمونه های تحریک شده بیشتر از سطوح کم انرژی باشد.

عمده ترین لیزرهام مورد استفاده در فرایندهای مواد هستند: دی اکسید کربنCO2,مونوکسید کربنCO,Nd-YAG  وNd-Glass  و اکسیمر(KrF,ArF,XeCl) و لیزرهای دیودی (GaAs,GaAlAs ,InGaAs,GaN). سطوح انرژی که این لیزرها ایجاد می کنند در پاراگرافهای بعد بررسی شده است.

( لیزر برش و پدیده گسیل تحریک شده  )

– دی اکسید کربن: 

مولکول دی اکسید کربن را ملاحظه کنید. ان می تواند سطوح مختلف انرژی وابسته به فرمهای زیادی از ارتعاش و یا چرخش ایجاد کند.این سطوح دسته بندی شده اند یعنی انها فقط می توانند در سطوح انرژی خاصی موجود باشند نه در همه سطوح. شبکه انرژی اساسی موجود در دی اکسید کربن در شکل ۱٫۳ نشان داده شده است.مخلوط گاز در یک لیزر دی اکسید کربن منجر به تخلیه الکتریکی می شود و باعث می شود که گاز کم فشار(معمولا حدود ۳۵-۵۰ Torr) به شکل پلاسما در اید. در پلاسما مولکول ها به سطوح تحریک شده مختلف می روند  همانطور که از رابطه بولتزمن انتظار داریم  (=Cen کهn  تعداد مولکولها در سطح انرژی i ,E انرژی سطحi , K ثابت بولتزمن, Tدمای مطلق  وC یک ثابت است).اغلب در سطوح بالاتر۱)(۰۰خواهند بود که نشان دهنده مد نوسان نامتقارن خواهد بود. لیزر برش