filebar
Методические пособия по сварочным работам

Сварка световым лучом

Квантовые генераторы оптического диапазона появились совсем недавно, но уже сейчас с их помощью можно получать интенсивные и остронаправленные пучки света и концентрировать энергию на очень малые площадки, равные тысячным долям миллиметра. Созданное на этом принципе технологическое оборудование позволяет обрабатывать различные материалы, производить сварку и т. п.

В основу принципа действия квантового генератора и усилителя положено индуцированное излучение, которое связано с поглощением электромагнитных волн или фотонов атомными системами. При поглощении фотона его энергия передается атому, который переходит в «возбужденное» квантовое состояние.
Через некоторый промежуток времени атом может спонтанно излучить эту энергию в виде фотона и возвратиться в основное состояние. Пока атом находится в возбужденном состоянии его можно побудить испускать фотон под воздействием внешнего фотона («падающей волны»), энергия которого в точности равна энергии фотона, испускаемого атомом при спонтанном излучении. Такое излучение называется индуцированным.

В результате падающая волна усиливается волной, излучаемой возбужденным атомом. Важным в этом процессе является то, что испускаемая волна в точности совпадает по фазе с той, под действием которой она возникла. Это явление используется в квантовых усилителях. В квантовых генераторах обычно в качестве основного энергетического элемента используется рубин. Рубин это окись алюминия, в которой небольшое число атомов алюминия замещено атомами хрома. Обычно в квантовых генераторах используется бледно-розовый рубин, содержащий 0,05% Сг.

В квантовом генераторе на кристалле рубина атомы хрома, находящиеся в основном состоянии (/), поглощают фотоны (волнистые стрелки) и переходят на один из выше расположенных, уровней (II). Часть энергии они передают кристаллической решетке, вызывая повышение температуры, и переходят при этом в метастабильный уровень (III). Затем под действием индуцирующих фотонов, испускаемых другими атомами хрома, они излучают фотоны характеристической длины волны, возвращаясь опять в исходное состояние (IV).

Квантовый генератор света на кристалле рубина питается от импульсной лампы. При освещении лампой вспышкой рубинового стерженька большинство атомов хрома переводится в возбужденное состояние. При спонтанном испускании возбужденным атомом фотона параллельно оси кристалла фотон побуждает другой возбужденный атом испустить второй фотон (индуцированный). Этот процесс продолжается лавинообразно, поскольку фотоны, отражаясь от торцов кристалла, летают по кристаллу в осевом направлении. Интенсивность пучка растет в результате многократного отражения от обоих торцов стержня. В том случае, если интенсивность света от импульсной лампы превысит некоторый критический уровень, начинает появляться эффект квантового усиления и тогда с полупрозрачного торца рубина в течение тысячных долей секунды выбрасывается интенсивный поток фотонов с длиной волны 6943 А. Выходной пучок является узконаправленным, мощным, монохроматическим и когерентным..

Яндекс.Метрика