激光打标机原理1第一章 激光器原理能确定地说:本世纪最后的伟大发明之一是激光技术。它自一九五八年问世以来,已经逐步地然而是坚定地渗透到了科研、军事、工业等所有的领域。不是吗?看看我们的周围,你就可以轻易地找到它应用的实例:医院中的激光诊断及激光治疗机、商店中的条码识别器、办公室中的激光打印机、把我们与世界各地联结在一起的光纤等等, 就是在我们的家中也有它的身影:激光唱机、激光影碟机。人类发明了多种多样的激光器。诸如:气体激光器(He-Ne激光器、CO2激光器等)、固态晶体激光器(红宝石激光器、钕玻璃激光器等)、离子激光器(氪离子激光器、氩离子激光器等)、染料激光器(甲酚紫激光器、萤光素激光器等)、超辐射激光器(氮分子激光器等)以及半导体激光器(***化镓半导体二极管等)等等。在世界的许多地方,几乎所有的商品激光器都在制造业中得到愈来愈普遍的应用。CO2激光器的主要用途就是各类工业激光加工设施,作为固态晶体激光器的Nd:YAG(掺钕钇铝石榴石)激光器的最大应用便是在激光打标领域。 激光原理我们大家都知道,物质是由原子组成的,而原子是由带正电的原子核和带负电的核外电子组成的()。每一个电子都沿着自己特定的轨道绕原子核非常快速地旋转,其旋转半径决定于电子所处的能级。原子吸收能量后,电子的旋转半径会增加,电子的能级就会提高;原子释放能量后,电子的旋转半径会减小,电子的能级就会降低。每个能级对应着一个特定的能量。电子所具有的能量是不连续的,也就是说原子的能级是量子化的。原子只有吸收了两个能级之间差值的能量才会提高一个能级,电子在能级之间的变动现象称为跃迁。同样,当原子跃迁到较低能级时,会释放出两个能级之间差值的能量。原子的最低能级为E0,高的能级依次为E1、E2、E3、⋯⋯,高的能级称为上能级,低的能级为下能级。处在能级E0的原子称为基态原子,其它能级称为激发态()。原子能吸收光子来获得能量,当然这个光子一定要有与原子能级差相1激光打标机原理2等的能量(例如:E1-E0)原子只能吸收带有几个能量的光子。光子的能量决定于光子本身的波长。所以,原子只能吸收几个特定波长的光子。一般的情况下,原子吸收能量后会在上能级停留一段时间(这一时间被称为原子的上能级寿命),然后向任意一个方向发射一个光子并返回基态。这一现象称为原子的自发发射。对这一现象,。,恰巧有一个光子经过,这个光子又恰好具有原子上下能级之差的能量,那么这个原子就非常有可能受到外来光子的激励而发出一个光子,原子自身则在发射后返回基态。原子的这种因受到外来激励而发射的情况,称为原子的受激发射()。原子受激发射所放出的光子与外来的激励光子在能量、波长、相位等方面完全相同。.。对于大量原子的情况,在通常条件下,大多数原子总是分布在基态上,其余原子总是从低能级到高能级递减分布。这一分布规律就是通常所说的波尔兹曼分布。,纵坐标表示原子的能级,横坐标表示在各能级上原子的分布数量。如果我们加热这些原子,会使处于上能级的原子数量有所增加。但不管如何加热这些原子,在原子群达到新的热平衡后,上能级的原子数量总是少于下能级的原子数量。若我们想办法强迫下能级的原子跃迁到上能级,而同时保证上能级的原子不很快地发射而返回到下能级,就会人为地造成粒子数反转。这时再用激励光子去激励上能级原子,。在受激发射的同时,要设法使下能级的原子持续地跃迁到上能级,以维持粒子数反转,使受激发射能够持续地进行下去。受激发射所产生的光子都具有相同的波长、方向及相位,所以受激发射的光是很强的。这就是激光。激光这个词是从英文原文“LASER”一词翻译过来的,它的完整的英文原文是“LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation”(光辐射受激发射放大),“LASER”是它的缩写。简单地说:激光器的实质是一个光放大器。在实践中,要想产生激光,就一定要满足两个条件:首先找到可以在一定程度上完成粒3激光打标机原理4子数反转的工作物质,也就是激光介质;第二要建立一个谐振腔,使某一个频率的能量源(可以是谐振腔外的,也可以是谐振腔内的)在腔内谐振,在激光介质中多次往返时,有足够的机会去激励(泵浦)。只有这样,才能产生激光。这些受激发射的光子又去激发其它原子,一个变两个、两个变四个、四个变八个、⋯⋯,产生连锁反应,光强被雪崩似地放大。因而产生强烈的激光。通常是在激光介质的两端各放置一个反射镜来组成谐振腔,以形成光学反馈。它的作用是将那些沿介质长轴发射的光子反射回介质中。两个反