✷Laser
Son nom complet est Amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement.Cela signifie littéralement « amplification du rayonnement excité par la lumière ».Il s'agit d'une source de lumière artificielle présentant des caractéristiques différentes de la lumière naturelle, qui peut se propager sur une longue distance en ligne droite et peut être collectée dans une petite zone.
✷ Différence entre le laser et la lumière naturelle
1. Monochromaticité
La lumière naturelle englobe une large gamme de longueurs d’onde allant de l’ultraviolet à l’infrarouge.Ses longueurs d'onde varient.
Lumière naturelle
La lumière laser est une longueur d’onde unique de lumière, une propriété appelée monochromaticité.L’avantage de la monochromaticité est qu’elle augmente la flexibilité de la conception optique.
Laser
L'indice de réfraction de la lumière varie en fonction de la longueur d'onde.
Lorsque la lumière naturelle traverse une lentille, la diffusion se produit en raison des différents types de longueurs d’onde qu’elle contient.Ce phénomène est appelé aberration chromatique.
La lumière laser, quant à elle, est une longueur d’onde unique qui se réfracte uniquement dans la même direction.
Par exemple, alors que l'objectif d'un appareil photo doit avoir une conception qui corrige la distorsion due à la couleur, les lasers doivent uniquement prendre en compte cette longueur d'onde, afin que le faisceau puisse être transmis sur de longues distances, permettant une conception précise qui concentre la lumière. dans un petit endroit.
2. Directivité
La directionnalité est le degré auquel le son ou la lumière est moins susceptible de se diffuser lorsqu'il se déplace dans l'espace ;une directivité plus élevée indique une diffusion moindre.
Lumière naturelle: Il s’agit d’une lumière diffusée dans diverses directions, et pour améliorer la directivité, un système optique complexe est nécessaire pour éliminer la lumière en dehors de la direction avant.
Laser:Il s’agit d’une lumière hautement directionnelle et il est plus facile de concevoir des optiques permettant au laser de se déplacer en ligne droite sans se propager, ce qui permet une transmission sur de longues distances, etc.
3. Cohérence
La cohérence indique le degré auquel la lumière a tendance à interférer les unes avec les autres.Si la lumière est considérée comme des ondes, plus les bandes sont proches, plus la cohérence est élevée.Par exemple, différentes vagues à la surface de l’eau peuvent s’accentuer ou s’annuler lorsqu’elles entrent en collision, et de la même manière que ce phénomène, plus les vagues sont aléatoires, plus le degré d’interférence est faible.
Lumière naturelle
La phase, la longueur d'onde et la direction du laser sont les mêmes et une onde plus forte peut être maintenue, permettant ainsi une transmission sur de longues distances.
Les pics et les vallées du laser sont cohérents
La lumière hautement cohérente, qui peut être transmise sur de longues distances sans se propager, présente l'avantage de pouvoir être rassemblée en petits points à travers une lentille et peut être utilisée comme lumière à haute densité en transmettant la lumière générée ailleurs.
4. Densité énergétique
Les lasers ont une monochromaticité, une directivité et une cohérence excellentes et peuvent être regroupés en très petits points pour former une lumière à haute densité énergétique.Les lasers peuvent être réduits jusqu'à se rapprocher de la limite de la lumière naturelle qui ne peut pas être atteinte par la lumière naturelle.(Limite de contournement : elle fait référence à l'incapacité physique de concentrer la lumière sur quelque chose de plus petit que la longueur d'onde de la lumière.)
En réduisant le laser à une taille plus petite, l'intensité lumineuse (densité de puissance) peut être augmentée au point où il peut être utilisé pour couper du métal.
Laser
✷ Principe d'oscillation laser
1. Principe de génération laser
Pour produire de la lumière laser, des atomes ou des molécules appelés supports laser sont nécessaires.Le milieu laser est alimenté (excité) de manière externe de sorte que l'atome passe d'un état fondamental de faible énergie à un état excité de haute énergie.
L’état excité est l’état dans lequel les électrons d’un atome se déplacent de la coque interne vers la coque externe.
Une fois qu'un atome se transforme en état excité, il revient à l'état fondamental après un certain temps (le temps nécessaire pour revenir de l'état excité à l'état fondamental est appelé durée de vie de fluorescence).A ce moment, l’énergie reçue est rayonnée sous forme de lumière pour revenir à l’état fondamental (rayonnement spontané).
Cette lumière rayonnée a une longueur d’onde spécifique.Les lasers sont générés en transformant les atomes dans un état excité, puis en extrayant la lumière résultante pour l'utiliser.
2. Principe du laser amplifié
Les atomes qui ont été transformés dans un état excité pendant un certain temps émettront de la lumière en raison du rayonnement spontané et reviendront à l'état fondamental.
Cependant, plus la lumière d'excitation est forte, plus le nombre d'atomes à l'état excité augmentera et le rayonnement lumineux spontané augmentera également, entraînant le phénomène de rayonnement excité.
Le rayonnement stimulé est le phénomène dans lequel, après une lumière incidente de rayonnement spontané ou stimulé sur un atome excité, cette lumière fournit à l'atome excité l'énergie nécessaire pour donner à la lumière l'intensité correspondante.Après un rayonnement excité, l’atome excité retourne à son état fondamental.C'est ce rayonnement stimulé qui est utilisé pour l'amplification des lasers, et plus le nombre d'atomes à l'état excité est élevé, plus le rayonnement stimulé est généré en continu, ce qui permet à la lumière d'être rapidement amplifiée et extraite sous forme de lumière laser.
✷ Construction du Laser
Les lasers industriels sont globalement classés en 4 types.
1. Laser à semi-conducteur : laser qui utilise un semi-conducteur avec une structure de couche active (couche électroluminescente) comme support.
2. Lasers à gaz : les lasers CO2 utilisant le gaz CO2 comme milieu sont largement utilisés.
3. Lasers à semi-conducteurs : généralement lasers YAG et lasers YVO4, avec supports laser cristallins YAG et YVO4.
4. Laser à fibre : utilisant la fibre optique comme support.
✷ À propos des caractéristiques des impulsions et des effets sur les pièces
1. Différences entre YVO4 et le laser à fibre
Les principales différences entre les lasers YVO4 et les lasers à fibre sont la puissance de crête et la largeur d'impulsion.La puissance maximale représente l'intensité de la lumière et la largeur d'impulsion représente la durée de la lumière.yVO4 a la caractéristique de générer facilement des pics élevés et de courtes impulsions lumineuses, et la fibre a la caractéristique de générer facilement des pics faibles et de longues impulsions lumineuses.Lorsque le laser irradie le matériau, le résultat du traitement peut varier considérablement en fonction de la différence des impulsions.
2. Impact sur les matériaux
Les impulsions du laser YVO4 irradient le matériau avec une lumière de haute intensité pendant une courte période, de sorte que les zones les plus claires de la couche superficielle chauffent rapidement puis refroidissent immédiatement.La partie irradiée est refroidie jusqu'à atteindre un état moussant à l'état d'ébullition et s'évapore pour former une empreinte moins profonde.L'irradiation se termine avant le transfert de chaleur, il y a donc peu d'impact thermique sur l'environnement.
Les impulsions du laser à fibre, en revanche, irradient une lumière de faible intensité pendant de longues périodes.La température du matériau monte lentement et reste longtemps liquide ou évaporé.Par conséquent, le laser à fibre convient à la gravure noire lorsque la quantité de gravure devient importante ou lorsque le métal est soumis à une grande quantité de chaleur, s'oxyde et doit être noirci.
Heure de publication : 26 octobre 2023