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激光加工技术的介绍 - 激光的原理

激光加工技术的介绍

激光加工机(激光打标机)进行切断、挖孔、表面材质改变、熔接、表面涂层剥离等激光加工实例的介绍。
激光加工机(激光打标机)的原理,将喷砂处理或药品处理(蚀刻法)、研磨加工、热针/热刀、烙印等既存工艺方法替换为激光加工的案例,激光安全标准等方面,对激光加工的必要情报进行简单易懂的说明。

激光的原理

 

何谓激光

激光(LASER)是源自Light Amplification by Stimulated Emisson of Radiation的首字母,意思是”通过受激辐射光放大”。

将气体分子或固体中的电子置于高能量状态,将能量以光的形式向外放出,通过光的往复进行增幅,从而放出极高纯度的光(激光)的一种现象。

激光的特长

1)单色性好(单一波长)
2)指向性好
3)能量集中
4)相干性好(相位齐备)

本章节,将结合几个重要的关键词,对激光放射的构造进行说明。


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激光与普通光的不同之处

激光与自然光和荧光灯相比,具有以下特性。

激光的特性 普通光特性
●指向性好
向一定方向发光,光不容易扩散
●向各个方向放出光
●单色性好(单一波长)
●各种颜色(波长)的光混合在一起
●相干性好
激光的相位(波峰和波谷)齐全,

波峰和波峰重合,相互增强,波谷和波谷重合,相互减弱。
●因为各种波长混合在一起,所以干扰不明显
●能量密度高
因为指向性好,光点容易集中,从而使能量密度高
●随着光的前移能量会减少

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激光放射的过程

(为了更容易理解,省掉一些细节的说明)

 

(1) 发光的结构

光是能量释放的一种形式。

光照在物体上时,物体就会积蓄能量。

相反,当物体发出光的话,物体积蓄的能量会消失。


用原子来说明该原理。


原子是由位于中心的原子核和围绕原子核以一定轨道运动的电子组成的。

物体=原子,有以下的大原则。

  • 能量值由电子围绕的轨道决定。
  • 在外侧旋转的电子拥有更多的能量,拥有大量能量的电子 可以在外侧运行,通常在内侧的轨道旋转的电子能量更少,数量也更多。
  • 电子旋转的轨道(圆周)由原子的种类决定,而且 轨道与轨道之间不可能存在电子。

物体通过吸收、释放能量而产生光。

 

吸收能量后,电子会转移到高能级的地方。

这就是泵送原理。

电子的量能从低能级转移,就会发出光。

这种光是激光的来源。

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(2) 原子在光的泵送中发生励起(反转分布)

【励起】是指通过泵送,高能级的位置比低能级的位置有更多电子的状态。

高能级的位置有很多电子的状态(储存大量能量的状态)被称为:“反转分布“。

在反转分布中,因为在高能级的位置有很多电子,所以电子降低到低能级时。

可以发出大量的光。

平衡状态图

反转分布图

(在CO2 情况下,分子被泵送)

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(3) 通过诱导放射产生波长和相位一致的光

「发光」分为两种。

自然发光 电子在自然下落时的发光。
诱导发光 光照射时,以相同的波长和相位放射光。

吸収

自然发光

诱导发光

一束光照射后,发生诱导发射,会变成2束波长和相位相同的光。
这就是激光。

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(4) 通过反射镜往复反射诱导放射光,从而提高输出功率

诱导放射的激光,在2个反射镜中来回往复反射。

反射光在更多的诱导发射呈雪崩状态时,产生大量的波长和相位集中的光。

称之为“增幅”。

将增幅后的光射出,就是强力的激光。

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有关波长

激光可以按波长进行分类。

由于波长不同,在同一物品上照射激光时,吸收率也不同,因此,印字的美观度以及烟雾量也会有所不同,擅长或不擅长刻印的材质也会不同。

另外,由于发振器的构造完全不同,尺寸,寿命,消耗电力等规格仕样也不同。

本公司主要生产CO2波长(10,600nm),和YAG波长(1,060~70nm)两种波长的激光打标机产品。

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