✷ לייזר
שמו המלא הוא Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.פירושו המילולי הוא "הגברה של קרינה מעוררת אור".זהו מקור אור מלאכותי בעל מאפיינים שונים מאור טבעי, שיכול להתפשט למרחקים ארוכים בקו ישר וניתן לאסוף אותו בשטח קטן.
✷ ההבדל בין לייזר לאור טבעי
1. מונוכרומטיות
אור טבעי מקיף טווח רחב של אורכי גל מאולטרה סגול ועד אינפרא אדום.אורכי הגל שלו משתנים.
אור טבעי
אור לייזר הוא אורך גל יחיד של אור, תכונה הנקראת מונוכרומטיות.היתרון של מונוכרומטיות הוא שהיא מגבירה את הגמישות של עיצוב אופטי.
לייזר
מקדם השבירה של האור משתנה בהתאם לאורך הגל.
כאשר אור טבעי עובר דרך עדשה, דיפוזיה מתרחשת עקב סוגים שונים של אורכי גל הכלולים בתוכה.תופעה זו נקראת סטייה כרומטית.
אור לייזר, לעומת זאת, הוא אורך גל בודד של אור שנשבר רק לאותו כיוון.
לדוגמה, בעוד שעדשת המצלמה צריכה להיות בעלת עיצוב המתקן עיוותים עקב צבע, לייזרים צריכים לקחת בחשבון רק את אורך הגל הזה, כך שהקרן יכולה להיות מועברת למרחקים ארוכים, מה שמאפשר עיצוב מדויק שמרכז את האור במקום קטן.
2. כיוון
כיווניות היא המידה שבה צליל או אור נוטים פחות להתפזר כשהם עוברים בחלל;כיווניות גבוהה יותר מצביעה על פחות דיפוזיה.
אור טבעי: הוא מורכב מאור שמתפזר בכיוונים שונים, וכדי לשפר את הכיווניות, יש צורך במערכת אופטית מורכבת כדי להסיר אור מחוץ לכיוון קדימה.
לייזר:זהו אור מאוד כיווני, וקל יותר לתכנן אופטיקה שתאפשר ללייזר לנוע בקו ישר מבלי להתפשט, מה שמאפשר שידור למרחקים ארוכים וכן הלאה.
3. קוהרנטיות
קוהרנטיות מציינת את המידה שבה האור נוטה להפריע זה לזה.אם האור נחשב כגלים, ככל שהפסים קרובים יותר כך הקוהרנטיות גבוהה יותר.לדוגמה, גלים שונים על פני המים עשויים לשפר או לבטל זה את זה כאשר הם מתנגשים זה בזה, ובדומה לתופעה זו, ככל שהגלים אקראיים יותר כך מידת ההפרעה חלשה יותר.
אור טבעי
הפאזה, אורך הגל והכיוון של הלייזר זהים, וניתן לשמור על גל חזק יותר ובכך לאפשר שידור למרחקים ארוכים.
פסגות הלייזר והעמקים עקביים
לאור קוהרנטי מאוד, שניתן להעביר למרחקים ארוכים מבלי להתפשט, יש יתרון שניתן לאסוף אותו לכתמים קטנים דרך עדשה, וניתן להשתמש בו כאור בצפיפות גבוהה על ידי העברת האור שנוצר במקום אחר.
4. צפיפות אנרגיה
ללייזרים יש מונוכרומטיות מעולה, כיווניות וקהרנטיות, וניתן לצבור אותם לנקודות קטנות מאוד ליצירת אור בצפיפות אנרגיה גבוהה.ניתן להקטין את הלייזרים עד לגבול האור הטבעי שלא ניתן להגיע אליו באור טבעי.(גבול עוקף: זה מתייחס לחוסר היכולת הפיזי למקד אור למשהו קטן יותר מאורך הגל של האור.)
על ידי כיווץ הלייזר לגודל קטן יותר, ניתן להגדיל את עוצמת האור (צפיפות ההספק) עד לנקודה שבה ניתן להשתמש בו כדי לחתוך מתכת.
לייזר
✷ עקרון תנודת הלייזר
1. עקרון יצירת לייזר
כדי לייצר אור לייזר, יש צורך באטומים או מולקולות הנקראות מדיה לייזר.מדיום הלייזר מופעל חיצונית (מעורר) כך שהאטום משתנה ממצב קרקע עם אנרגיה נמוכה למצב נרגש באנרגיה גבוהה.
המצב הנרגש הוא המצב שבו האלקטרונים בתוך אטום נעים מהקליפה הפנימית אל החיצונית.
לאחר שאטום הופך למצב נרגש, הוא חוזר למצב היסוד לאחר פרק זמן (הזמן שלוקח לחזור מהמצב הנרגש למצב היסוד נקרא חיי הקרינה).בזמן זה האנרגיה המתקבלת מוקרנת בצורה של אור כדי לחזור למצב הקרקע (קרינה ספונטנית).
לאור המוקרן הזה יש אורך גל מסוים.לייזרים נוצרים על ידי הפיכת אטומים למצב נרגש ולאחר מכן חילוץ האור המתקבל כדי לנצל אותו.
2. עקרון לייזר מוגבר
אטומים שהומרו למצב נרגש לפרק זמן מסוים יקרינו אור עקב קרינה ספונטנית ויחזרו למצב הקרקע.
אולם ככל שאור העירור חזק יותר, כך מספר האטומים במצב הנרגש יגדל, וגם הקרינה הספונטנית של האור תגדל, וכתוצאה מכך תופעת הקרינה הנרגשת.
קרינה מעוררת היא התופעה שבה, לאחר כניסת אור של קרינה ספונטנית או מגורה לאטום נרגש, האור הזה מספק לאטום הנרגש אנרגיה כדי להפוך את האור לעוצמה המתאימה.לאחר קרינה נרגשת, האטום הנרגש חוזר למצב היסוד שלו.קרינה מגורה זו היא שמנוצלת להגברה של לייזרים, וככל שמספר האטומים במצב הנרגש גדול יותר, כך נוצרת באופן רציף יותר קרינה מגורה, מה שמאפשר להגביר את האור במהירות ולחלץ אותו כאור לייזר.
✷ בניית הלייזר
לייזרים תעשייתיים מסווגים באופן נרחב ל-4 סוגים.
1. לייזר מוליכים למחצה: לייזר המשתמש במוליך למחצה עם מבנה שכבה פעילה (שכבה פולטת אור) כמדיום.
2. לייזר גז: לייזרים CO2 המשתמשים בגז CO2 כמדיום נמצאים בשימוש נרחב.
3. לייזרים במצב מוצק: בדרך כלל לייזרים YAG ו-YVO4 לייזרים, עם אמצעי לייזר גבישי YAG ו-YVO4.
4. לייזר סיבים: שימוש בסיב אופטי כמדיום.
✷ על מאפייני דופק והשפעות על חלקי עבודה
1. הבדלים בין YVO4 ללייזר סיבים
ההבדלים העיקריים בין לייזרים YVO4 ללייזרי סיבים הם שיא הספק ורוחב הדופק.כוח שיא מייצג את עוצמת האור, ורוחב הדופק מייצג את משך האור.ל-yVO4 יש את המאפיין של יצירת פסגות גבוהות ופולסים קצרים של אור בקלות, ולסיבים יש את המאפיין של יצירת פסגות נמוכות ופולסים ארוכים של אור בקלות.כאשר הלייזר מקרין את החומר, תוצאת העיבוד יכולה להשתנות מאוד בהתאם להבדל בפולסים.
2. השפעה על חומרים
הפולסים של הלייזר YVO4 מקרינים את החומר באור בעוצמה גבוהה לפרק זמן קצר, כך שהאזורים הבהירים יותר של שכבת פני השטח מתחממים במהירות ואז מתקררים מיד.החלק המוקרן מקורר למצב קצף במצב רותח ומתאדה ליצירת טביעה רדודה יותר.ההקרנה מסתיימת לפני העברת החום, כך שיש השפעה תרמית מועטה על האזור שמסביב.
הפולסים של לייזר הסיבים, לעומת זאת, מקרינים אור בעוצמה נמוכה לפרקי זמן ארוכים.טמפרטורת החומר עולה לאט ונשארת נוזלית או מתאדה לאורך זמן.לכן, לייזר הסיבים מתאים לחריטה שחורה שבה כמות החריטה הופכת גדולה, או שהמתכת נתונה לכמות גדולה של חום ומתחמצנת וצריך להשחיר.
זמן פרסום: 26 באוקטובר 2023