14,805 matches
-
alături de condițiile de amplificare a luminii, prin intermediul a diverse tipuri de rezonatori. Sunt comparate emisiile laser ale diferitelor combinații de medii active, metode de excitare și rezonatori. Aceste principii sunt apoi aplicate laserilor comerciali de prelucrare a materialelor. Generarea radiației luminoase laser După ce Hertz a generat unde electromagnetice folosind o bobină de inducție de voltaj ridicat [8], s-a tras concluzia că radiația poate fi produsă pe un interval continuu - numit spectrul electromagnetic. Spectrul electromagnetic: UV - ultraviolet, IR - infraroșu (VIBGYOR: „Violet
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
ocupă zona de frecvență și energie redusă, cu o gamă de lungimi mari de undă, ele fiind produse de antene. Microundele sunt generate de oscilatori electronici. Radiația infraroșie își are originea în tranzițiile electronice și vibrațiile moleculare din cadrul materialelor. Radiația luminoasă vizibilă (cu 14 lungimi de undă între 390 și 780nm) este denumită, odată cu majorarea lungimii de undă, violet (390-430nm), indigo (430-455nm), albastră (455492nm), verde (492 577nm), galbenă (577-597nm), portocalie (597622nm) și roșie (622-780nm) și este produsă prin intermediul tranzițiilor între stările
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
și 780nm) este denumită, odată cu majorarea lungimii de undă, violet (390-430nm), indigo (430-455nm), albastră (455492nm), verde (492 577nm), galbenă (577-597nm), portocalie (597622nm) și roșie (622-780nm) și este produsă prin intermediul tranzițiilor între stările energetice ale electronilor de valență ai atomilor. Radiația luminoasă ultravioletă este emisă de tranzițiile electronice corespunzătoare de înaltă energie. Razele X reprezintă rezultatul tranzițiilor electronice în straturi profunde. Razele gamma de înaltă frecvență și energie, cu lungime de undă redusă, sunt produse prin descompunere radioactivă [13]. Pentru aplicațiile privind
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
reprezintă rezultatul tranzițiilor electronice în straturi profunde. Razele gamma de înaltă frecvență și energie, cu lungime de undă redusă, sunt produse prin descompunere radioactivă [13]. Pentru aplicațiile privind prelucrarea materialelor, prezintă interes următoarele spectre electromagnetice: infraroșu, vizibil și ultraviolet. Radiația luminoasă laser este generată prin intermediul tranzițiilor între nivelurile energetice ridicate și cele reduse din cadrul speciilor (atomi, ioni și molecule), în diverse medii. Generarea durabilă a radiației depinde de o combinație corespunzătoare de fenomene fizice fundamentale și de un design tehnic optim
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
ocupă un nivel energetic superior să depășească pe cel de pe un nivel inferior. Această situație poate apărea la excitarea sau „pompajul” populației prin intermediul unei surse externe de energie. Este astfel creată o inversiune de populație - o premisă pentru generarea radiației luminoase laser. Există deci acum o forță prin care energia este eliberată din sistem. În cazul unui laser, această energie este eliberată sub formă de lumină. Trebuie subliniată diferența dintre crearea unei inversiuni de populație și efectul simplei creșteri a temperaturii
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
să fie absorbită pentru un interval extins de frecvențe. Astfel de niveluri superioare, denumite niveluri laser superioare sau stări, furnizează specii în mod rapid și eficient către nivelurile inferioare mai stabile. Sub acestea se regăsesc stările laser inferioare. Generarea radiației luminoase laser implică tranziții din stările laser superioare către cele inferioare. Pentru a menține o inversiune de populație, durata de viață a stării inferioare trebuie să fie redusă comparativ cu cea a stării superioare. În plus, rata de populare a stării
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
că nu este necesară inversiunea întregii populații. Datorită faptului că tranziția laser are loc către un nivel intermediar, care în mod normal este nepopulat, un laser cu patru niveluri poate opera în mod continuu și nu exclusiv pulsativ. Amplificarea radiației luminoase Deși radiația luminoasă este generată ca rezultat al emisiei fotonice stimulate, laserii funcționează pe principiul amplificării radiației luminoase prin emisie stimulată. Amplificarea poate fi obținută doar dacă emisia are loc în cadrul unui echipament corespunzător - cavitatea optică. Amplificarea apare atunci când emisia
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
necesară inversiunea întregii populații. Datorită faptului că tranziția laser are loc către un nivel intermediar, care în mod normal este nepopulat, un laser cu patru niveluri poate opera în mod continuu și nu exclusiv pulsativ. Amplificarea radiației luminoase Deși radiația luminoasă este generată ca rezultat al emisiei fotonice stimulate, laserii funcționează pe principiul amplificării radiației luminoase prin emisie stimulată. Amplificarea poate fi obținută doar dacă emisia are loc în cadrul unui echipament corespunzător - cavitatea optică. Amplificarea apare atunci când emisia stimulată majorează numărul
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
care în mod normal este nepopulat, un laser cu patru niveluri poate opera în mod continuu și nu exclusiv pulsativ. Amplificarea radiației luminoase Deși radiația luminoasă este generată ca rezultat al emisiei fotonice stimulate, laserii funcționează pe principiul amplificării radiației luminoase prin emisie stimulată. Amplificarea poate fi obținută doar dacă emisia are loc în cadrul unui echipament corespunzător - cavitatea optică. Amplificarea apare atunci când emisia stimulată majorează numărul de fotoni care circulă în cavitatea optică, situație ilustrată schematic. Amplificarea obținută reprezintă acumularea de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
valoarea sa inițială după o traversare completă a cavității optice, atunci aportul corespunzător este egal cu pierderea de energie aferentă acestei traversări; acesta este aportul de prag. Dacă pierderea este mai mare decât aportul, atunci laserul nu va produce radiație luminoasă. Aportul pozitiv reprezintă a doua condiție de generare a radiației luminoase laser - prima condiție fiind inversare de populație. Puterea la ieșire Într-un bec, electronii din cadrul atomilor și moleculelor filamentului sunt pompați către niveluri superioare prin excitare electrică. Electronii trec
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
aportul corespunzător este egal cu pierderea de energie aferentă acestei traversări; acesta este aportul de prag. Dacă pierderea este mai mare decât aportul, atunci laserul nu va produce radiație luminoasă. Aportul pozitiv reprezintă a doua condiție de generare a radiației luminoase laser - prima condiție fiind inversare de populație. Puterea la ieșire Într-un bec, electronii din cadrul atomilor și moleculelor filamentului sunt pompați către niveluri superioare prin excitare electrică. Electronii trec aleatoriu către niveluri inferioare, independent unii de alții, emițând lumină printr-
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
intră în contact cu o altă specie excitată, determinând-o să emită fotonul propriu în mod prematur. Fotonii se deplasează pe o direcție invariabilă până în momentul unei coliziuni, acumulând astfel un flux de densitate crescândă [18], frecvență și polarizare. Radiația luminoasă laser este prin urmare coerentă și monocromatică, având divergență redusă și luminozitate ridicată. Radiația laser poate avea forma unei unde continue, puls sau succesiune de pulsuri. Durata pulsului poate varia de la o zecime de secundă până la câteva femtosecunde (10-15 sec
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
cu puterea maximă/de vârf tinzând spre valori de ordinul gigawattilor. Unii laseri pot fi reglați pentru a emite într-o gamă de mai multe lungimi de undă [14]. Eficiența Pot fi definite mai multe randamente de generare a radiației luminoase laser. Randamentul de fluorescență cuantică, ηf, reprezintă raportul dintre numărul de specii ce participă în tranziția laser și numărul de specii „ridicate” din starea de bază. (Speciile în stare excitată pot trece în stări diferite de cea laser superioară, iar
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
mai mică decât 1. Poate fi, de asemenea, definit un randament tip priză, ηw = ηt ∙ ηf . 1.2.3. Laseri utilizați la prelucrarea materialelor Un laser necesită patru componente de bază pentru a funcționa: un mediu activ, în cadrul căruia radiația luminoasă poate fi amplificată prin emisia stimulată a radiației; sursa de excitare sau „pompaj”, destinată excitării mediului, pentru a susține inversiunea de populație; un mod de a furniza reacția/funcția optică - în cavitatea optică; un dispozitiv de ieșire pentru a face
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
și dispozitivul de excitare, alături de structura care conține și menține integritatea sistemului optic. Rezonatorul include, de asemenea, elemente care sunt inserate în traseul optic, în vederea obținerii de caracteristici precum cele de capacitate de pulsare, controlul polarizării sau al modurilor. Radiația luminoasă este extrasă din cavitatea optică prin intermediul unui element de cuplaj pentru ieșire. Acest element este practic o „fereastră”, care poate fi un solid parțial transmisiv, un gaz total transmisiv sau o rețea tip grilă de difracție. Spectrul larg de emisie
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
un laser este determinat de numărul de niveluri de energie din mediul activ, de duratele lor de viață și respectiv de sursele de excitare. Laserele tri nivel, precum cele cu rubin și coloranți, produc în mod natural pulsuri de radiație luminoasă. Laserii pe bază de dioxid de carbon și Nd:YAG (sisteme cu patru niveluri) sunt capabili să producă o ieșire continuă, dar modul de ieșire temporal poate fi modificat, folosind diverse dispozitive ce pot fi incluse în rezonator și care
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
vârful unui puls normal, tip „poartă” sau a unui fascicul continuu. Tehnologiile de obținere a emisiilor pulsate sunt: Comutarea-Q (“Qswitching”), golirea/descărcarea cavității („cavity dumping”), sincronizarea modurilor („mode locking”) și modulația de frecvență („chirping”). Lungimea de undă fundamentală a radiației luminoase produsă de un laser, λ, este legată de energia fotonilor, E, prin formula E=hc / λ, unde h este constanta lui Plank (6.626 x 10 34 J s-1), iar c reprezintă viteza luminii (2.998 x 108 m
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
s-1). Lungimea de undă este legată de frecvență, v, prin formula v= c / λ. Anumite materiale cristaline și lichide interacționează cu lumina într-o manieră care conduce la generarea unei frecvențe noi, multiplu a celei fundamentale. Prin urmare, radiația luminoasă cu o anumită lungime de undă poate fi transformată într-o alta cu frecvență diferită. Multiplicarea frecvenței are loc în cadrul materialelor care sunt caracterizate de un răspuns neliniar la un câmp electric. Diametrul unui fascicul focalizat este direct proporțional cu
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
de la distanțe mai mari și în locații distincte, în mod secvențial, în timp ce distanța focală mare îmbunătățește toleranțele aferente poziției planului focal în timpul prelucrării. Luminozitatea reprezintă măsura intensității luminii într-un anumit punct. Intensitatea, obținută prin focalizarea unui fascicul de radiație luminoasă, este direct proporțională cu luminozitatea. Un aspect important este că focalizarea majorează intensitatea unui fascicul, dar nu și luminozitatea acestuia. Lumina este compusă din unde electromagnetice ce oscilează în planuri perpendiculare. Polarizarea luminii caracterizează relația dintre planul de oscilație al
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
7. Laserii aferenți prelucrării materialelor, clasificați funcție de mediul activ (în paranteze sunt laseri alocați grupului mai reprezentativ) [24, 25] Pentru fiecare tip de mediu activ, tipurile de laser sunt prezentate întrun format ce surprinde funcționarea mecanismelor de generare a radiației luminoase (tranziții electronice în atomi, tranziții vibraționale în molecule 23 etc.). Ordonarea finală capătă formă în funcție de popularitatea aferentă prelucrării materialelor (de sus în jos). Fig. 1.8 propune o metodă alternativă de prezentare a laserilor de prelucrare a materialelor, sub forma
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
respectiv excimer. Sticlele și materialele plastice transparente nu sunt compatibile marcării cu laseri Nd:YAG. Excimerii, pe de altă parte, pot marca nu foarte adânc aproape orice tip de material. Metalele și aliajele au proprietăți bune de reflexie a radiației luminoase îndepărtată-infraroșie a laserului CO2, variantele Nd:YAG respectiv excimer fiind, prin urmare, surse potrivite pentru marcarea materialelor metalice [32]. Mecanismul de marcare este bazat pe ablație sau colorare, rezultată prin depunerea compușilor metalici din gazul de procesare. În mod alternativ
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
CO2 este potrivită gravării de caractere, prin ablarea sau microfisurarea substratului. Pentru marcaje de înaltă precizie poate fi utilizat un laser excimer, care generează microfisuri pe suprafață, fără a influența termic materialul din zonele adiacente. Materialele ceramice absorb facil radiația luminoasă cu diverse lungimi de undă, putând fi folosiți prin urmare o varietate de laseri pentru marcarea termică. Cu toate acestea, luând în considerare natura fragilă a ceramicilor, apar limitări în ceea ce privește mecanismele de marcare ce pot fi utilizate [37]. Microplăcile de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
mici în cazul Nd:YAG, marcajul poate beneficia de o detaliere mai fină. Fasciculul este livrat prin intermediul unui sistem optic de scanare. Marcarea cu laser Nd:YAG este compatibilă acelorași tipuri de materiale enumerate în cazul metodei CO2, dar radiația luminoasă este absorbită mai puternic de către metale. Emisiile cu frecvență dublată la 532 nm sunt potrivite pentru marcajele prin reacții fotochimice, precum albirea. Radiația laser excimer este bine absorbită de către polimeri și sticle, datorită lungimii sale de undă reduse. Emisia este
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
alte efecte secundare, voi studia pulsurile laser ultra scurte, de aproximativ 200 fs, de intensități comparabile reduse, sub nivelul de prag cunoscut și indicat al îndepărtării masive de material. S-a demonstrat că, în aceste condiții, cuplajul principal dintre radiația luminoasă și material are loc prin intermediul excitării multifotonice a electronilor către banda de conducție sau vid. Perturbarea rezultată a matricei Țintei conduce la emisia de particule pozitive, de la ioni până la clustere de dimensiuni mai mari, cu peste zece atomi. Odată cu majorarea
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
chiar și cuplarea directă la o vibrație este, de fapt, obținută prin sistemul electronic, fiind relaționată de nuclee doar prin cuplaje electron-fonon) [44]. Această situație permite stabilirea, în mod conceptual, a unui istoric de procese, ce încep cu absorbția radiației luminoase, trecând la eliminarea de particule și, în final, la relaxarea Țintei Scală temporală Răspuns material Observații Femtosecunde Excitare electronică Emisie de electroni Picosecunde Disiparea energiei/mișcarea nucleului Rupere legături Emisie de atomi/ioni Nanosecunde Relaxarea suprafeței/reorganizare Zonă cu plasmă
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]