激光焊接原理及工艺应用分解(共43张PPT)
来源:斯诺克录像回放 发布时间:2024-02-29 05:32:10– 是指高能级的电子在没有外界作用下自发地迁移至低能级,并在跃迁时产生光(电磁波)辐射 ,辐射光子能量为hυ=E2-E1,即两个能级之间的能量差。
• 一个诱发光子不仅能引起受激辐射,而且它也能引起受激吸收,所以只有当 处在高能级的原子数目比处在低能级的还多时,受激辐射才能超过受激吸收 ,而占优势。由此可见,为使光源发射激光,而不是发出普通光的关键是发 光原子处在高能级的数目比低能级上的多,这样的一种情况,称为粒子数反转。 但在热平衡条件下,原子几乎都处于最低能级(基态)。因此,如何从技术上实
所谓光学谐振腔,实际是在激光器两端,平行装上两块反射率很高的镜片,一块为全 反射镜片,一块为部分反射、少量透射镜片。全反射镜片的作用是将入射的光全部按 原路径反射回去,部分反射镜片的作用是将能量未达到一定限度的部分光子按原路径 反射回去,而达到一定能量限度的光子则透射而出。这样,透射而出的这部分光子就 是我们需要的,经过放大了的激光;而被反射回工作介质的光,则继续诱发新一轮 的受激辐射,光将逐渐被放大。因此,光在谐振腔中来回振荡,造成连锁反应,雪崩 似的获得放大,产生强烈的激光,直到能量达到一定的限度,从部分反射镜片中输出 。
• 当粒子受外界能量激励从E1到E3,由于E3能级寿命短,很快转移到E2上,因能级 E2为亚稳态,在E2、E1间实现粒子数反转分布。下能级E1为基态,通常总是积聚着 大量的粒子,因此要实现粒子数反转,必须将半数以上的基态粒子激发到E2上,所以 ,外界激励就需要有相当强的能力。
– 受激辐射是指处于高能级的电子在光子的“刺激”或者“感应”下,跃迁到低能级,并辐射出 一个和入射光子同样频率的光子。受激辐射的最大特点是由受激辐射产生的光子与引起 受激辐射的原来的光子具有完全相同的状态。它们具有相同的频率,相同的方向,完全 无法区分出两者的差异。这样,通过一次受激辐射,一个光子变为两个相同的光子。这 意味着光被加强了,或者说光被放大了。这正是产生激光的基本过程。
电子能够最终靠吸收或释放能量从一个能级跃迁到另一个能级。例如当电子吸收了一个光子时, 它便可能从一个较低的能级跃迁至一个较高的能级。同样地,一个位于高能级的电子也会通过 发射一个光子而跃迁至较低的能级。在这些过程中,电子释放或吸收的光子能量总是与这两能 级的能量差相等。由于光子能量决定了光的波长,因此,吸收或释放的光具有固定的颜色。
现粒子数反转则是产生激光的必要条件。这需要利用激活媒质。所谓激活媒质(也 称为放大媒质或放大介质),就应该使某两个能级间呈现粒子数反转 的物质。它可以是气体,也可以是固体或液体。用二能级的Hale Waihona Puke Baidu统来做激活
媒质实现粒子数反转是不可能的。要想获得粒子数反转,一定要使用多能级系 统。
• 常见激光器中,掺钕钇铝石榴石(简Nd3:YAG)激光器,氦氖激光器和二氧 化碳激光器也都属四能级系统激光器。需要指明,以上讨论的三能级系统和 四能级系统都是对激光器运转过程中直接有关的能级而言,不是说某种物质 只具有三个能级或四个能级。
• 1、激光工作介质 激光的产生一定要选择合适的工作介质,可以是气体、液体、固体或半导体。 关键是能在这种介质中实现粒子数反转,以获得产生激光的必要条件。显然 ,亚稳态能级的存在,对实现粒子数反转是非常有利的。
氙灯为惰性气体放电灯, 个人会使用的灯的形状多为 直管形。其结构一般都是 由电极、灯管和充入的氙 (Xe)气体组成。电极是用
高熔点、高电子发射率,又不 易溅射的金属材料制造成。灯管 用机械强度高、耐高温、透光 性好的石英玻璃制成。灯管内
物质是由原子组成,而原子又是由原子核及电子构成。电子围绕着原子核运动。而电子在原子 中的能量不是任意的。描述微观世界的量子力学告诉我们,这些电子会处于一些固定的“能级 ”,不同的能级对应于不同的电子能量,离原子核越远的轨道能量越高。此外,不同轨道可最 多容纳的电子数目也不同,例如最低的轨道(也是最近原子核的轨道)最多只可容纳2个电子 ,较高的轨道上则可容纳8个电子等等。
为了使工作介质中出现粒子数反转,必须用一定的方法去激励原子体系,使 处于上能级的粒子数增加。通常能用气体放电的办法来利用具有动能的电 子去激发介质原子,称为电激励;也可用脉冲光源来照射工作介质,称为光 激励;还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运 。为了不断得到激光输出,必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下 能级多。
一种立方结构晶体,质地 很硬、光学质量好、热导 率高。用三价钕代替了晶 体中部分的三价钇,因此 称为掺钕的钇铝石榴石。
有了合适的工作物质和激励源后,可实现粒子数反转,但这样产生的受激辐射强 度很弱,无法实际应用。还需要将辐射的光进行放大,于是人们就想到了用光学 谐振腔进行放大。