激光機的工作方式-激光切割機的工作原理

1、激光機的工作方法：激光切割機的工作原理

光的基本原理

1．自發(fā)輻射和受激輻射

自發(fā)輻射是激發(fā)態(tài)原子自發(fā)地從較高能級躍遷到較低能級，同時(shí)發(fā)射出一個(gè)光子。 hn=E2-E1、

假設發(fā)光物質(zhì)單位體積內能級E1和E2的原子數分別為N1和N2、則單位時(shí)間內從E2到E1自發(fā)輻射的原子數為

為自發(fā)輻射概率（自發(fā)躍遷率）：表示原子在單位時(shí)間內從E2到E1自發(fā)輻射的概率。

高能級E2的原子被能量hn=E2-E1的外部光子激發(fā)，被迫從高能級E2躍遷到低能級E1、同時(shí)輻射出a光子與激發(fā)光子相同。稱(chēng)為受激輻射。

是原子在單位時(shí)間內從 E2 受激發(fā)射躍遷到 E1 的概率。

2、粒子數反轉

受激吸收與E1的原子序數N1成正比，受激發(fā)射與E2的原子序數N2成正比。當N2N1、我們將系統的這種狀態(tài)稱(chēng)為種群反轉（或“負溫度”系統）。因此，產(chǎn)生激光的首要條件是實(shí)現種群反轉。

能實(shí)現種群反轉的介質(zhì)稱(chēng)為活性介質(zhì)。要引起種群反轉分布，介質(zhì)首先必須具有適當的能級結構，其次需要有必要的能量輸入系統。為處于低能態(tài)的原子提供能量以使其轉變?yōu)楦吣軕B(tài)的過(guò)程稱(chēng)為泵浦過(guò)程。

3、光諧振器

光諧振器用于激光器中形成所需的強輻射場(chǎng)，使輻射場(chǎng)的能量密度遠大于熱平衡時(shí)的值，從而使受激輻射的概率大得多比自發(fā)輻射的輻射概率。

光學(xué)諧振腔的主要部分是兩個(gè)相互平行且垂直于活性介質(zhì)軸的反射鏡，一個(gè)是全反射鏡，另一個(gè)是部分反射鏡。在光、熱、電、化學(xué)能或核能等各種外部激發(fā)下，諧振腔內的活性介質(zhì)會(huì )在兩個(gè)能級之間實(shí)現粒子數反轉。此時(shí)，產(chǎn)生受激輻射。在產(chǎn)生的受激輻射中，沿軸向傳播的光在兩個(gè)鏡面之間來(lái)回反射，并在已實(shí)現粒子數反轉的活性介質(zhì)中往復運動(dòng)，不斷產(chǎn)生新的受激輻射。受刺激，這個(gè)頻率的軸向傳播的光被放大，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為光學(xué)振蕩。這是一個(gè)雪崩放大過(guò)程，使諧振腔中沿軸向的光突然增強，因此輻射場(chǎng)的能量密度大大增強，受激輻射遠超過(guò)自發(fā)輻射。這種受激輻射是從部分反射鏡輸出的，它就是激光。向其他方向傳播的光會(huì )迅速從側面逃離腔體，無(wú)法進(jìn)一步放大。自發(fā)輻射產(chǎn)生的頻率也不會(huì )被放大。因此，諧振腔輸出的激光具有良好的方向性和單色性。

激光特性

1、單色性好

2、方向性好

3、相干性好

4、能量集中

激光應用

1、激光測距

2 , 激光加工與激光醫療

3, 光信息處理與激光通信

4, 激光在可控核聚變中的應用光束激光

5, 激光的非線(xiàn)性效應

激光是光學(xué)原理的一種應用，但是我們怎樣才能從普通的光變成激光呢？這需要了解原子如何發(fā)光。當原子從高能級下降到低能級時(shí)，它會(huì )發(fā)射一個(gè)光子，稱(chēng)為自發(fā)發(fā)射。當一個(gè)原子被一個(gè)高能級的光子擊中時(shí)，它會(huì )被激發(fā)并發(fā)射出另一個(gè)相同的光子，變成兩個(gè)光子，稱(chēng)為受激發(fā)射。如果受激光發(fā)射過(guò)程繼續下去，就會(huì )發(fā)射出越來(lái)越多的光子。只要我們控制高能級原子數高于低能級原子數，激發(fā)光發(fā)射的過(guò)程就會(huì )不斷產(chǎn)生。這種控制原子激發(fā)光發(fā)射的裝置稱(chēng)為“光放大器”。

我們還知道，當光發(fā)射時(shí)，它會(huì )以光速向各個(gè)方向傳播。為了讓產(chǎn)生的光能夠被收集并不斷放大以供使用，必須使用一種稱(chēng)為“諧振腔”的裝置來(lái)轉換來(lái)自光放大器的光。產(chǎn)生的光通過(guò)鏡子限制在特定范圍內，允許光來(lái)回反射，并且由于光放大器產(chǎn)生的光子是相同的，它們以相當一致的方向傳播。通過(guò)諧振腔的作用，光線(xiàn)可以沿完全相同的方向傳播，也就是說(shuō)，與諧振腔方向相同的光線(xiàn)會(huì )被放大，而其他不同方向的光線(xiàn)則不會(huì )被放大。放大，這是激光產(chǎn)生的主要條件。

諧振腔還有一個(gè)作用，就是限制激光的頻率。光要在諧振腔中諧振，必須符合L=nλ/2的關(guān)系（L為諧振腔的長(cháng)度，λ為波長(cháng)，n為固定倍數），所以不是光的所有頻率可以在諧振腔中產(chǎn)生共鳴，但只有符合這個(gè)規律的才會(huì )產(chǎn)生共鳴。然而，諧振腔的長(cháng)度 (L) 可以長(cháng)達數米，而光的波長(cháng) (λ) 以微米為單位測量。 ，而不僅僅是一個(gè)頻率。能夠同時(shí)發(fā)射如此多頻率的光為我們提供了制造脈沖激光器的條件。