4,553 matches
-
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 energie din sistem, numită în continuare aport. Dacă energia internă a unui laser este readusă la 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
unui laser este readusă la 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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-o
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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), sau
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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), sau, mai nou, attosecunde (10-18 sec). Pulsurile pot fi produse într-o frecvență de la unul
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 atomii
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 atomii din cadrul acesteia din urmă pot trece în stări altele decât cea laser inferioară.) Randamentul termodinamic, ηt
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 atomii din cadrul acesteia din urmă pot trece în stări altele decât cea laser inferioară.) Randamentul termodinamic, ηt, reprezintă raportul dintre energia de amplificare și energia necesară pentru excitare. Având în vedere că fotonii laser dispun de mai puțină
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 atomii din cadrul acesteia din urmă pot trece în stări altele decât cea laser inferioară.) Randamentul termodinamic, ηt, reprezintă raportul dintre energia de amplificare și energia necesară pentru excitare. Având în vedere că fotonii laser dispun de mai puțină energie decât sursa excitării, valoarea randamentului termodinamic este mai mică decât 1. Poate fi, de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
stări diferite de cea laser superioară, iar atomii din cadrul acesteia din urmă pot trece în stări altele decât cea laser inferioară.) Randamentul termodinamic, ηt, reprezintă raportul dintre energia de amplificare și energia necesară pentru excitare. Având în vedere că fotonii laser dispun de mai puțină energie decât sursa excitării, valoarea randamentului termodinamic este 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
că fotonii laser dispun de mai puțină energie decât sursa excitării, valoarea randamentului termodinamic este 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
a susține inversiunea de populație; un mod de a furniza reacția/funcția optică - în cavitatea optică; un dispozitiv de ieșire pentru a face posibilă eliminarea din ansamblu a unor cantități utile de energie sub formă de fascicul. În plus, un laser necesită sisteme de forță și control, modalități de răcire a mediului activ și o interfață pentru operare. Laserii industriali sunt clasificați în funcție de mediul activ, care poate fi un gaz, un solid izolator, un semiconductor sau un lichid. După cum s-a
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
poate fi un gaz, un solid izolator, un semiconductor sau un lichid. După cum s-a menționat anterior, inversiunea de populație este obținută în mediile active ale laserilor industriali prin metode electrice, optice și chimice de pompaj. Pentru a susține activitatea laser în cadrul unui dispozitiv practic, este necesară includerea/închiderea mediului excitat într-o cavitate optică. Aceasta este formată dintr-un container delimitat de două oglinzi. Există cinci parametri principali ai cavității care pot fi variați pentru o optimiza ieșirea generată de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
cauze: transmisia prin elementul de cuplaj pentru ieșire (ieșirea utilă), împrăștierea determinată 20 de neomogenitățile optice din mediul activ, absorbția și împrăștierea aferente oglinzilor, difracția adiacentă perimetrului oglinzilor și absorbția în mediul activ de către niveluri de energie neimplicate în tranziția laser. Termenul rezonator [19, 20] este utilizat aici pentru denumirea combinației dintre cavitatea optică 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
mod normal considerabil mai mică decât cea longitudinală. Modul electromagnetic transversal (TEM - Transverse Electromagnetic Mode) descrie variația de intensitate a fasciculului în funcție de poziția într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a fasciculului. Modul temporal al luminii emise de 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
într-un plan perpendicular pe direcția de propagare a fasciculului. Modul temporal al luminii emise de 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
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 s-1). Lungimea de
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
acesta. Dacă se dorește minimizarea diametrului amprentei focalizate, se selectează un fascicul cu lungime de undă redusă și o lentilă cu valoare numerică ridicată a aperturii obiectivului. Divergența reprezintă măsura tendinței fasciculului de a se lărgi pe măsură ce se propagă dinspre laser. Cu cât diametrul îngustării fasciculului este mai mare, cu atât va fi mai redusă divergența. Dimensiunea minimă la care poate fi focalizat un fascicul laser reprezintă limita de difracție, care se referă la diametrul minim al unui fascicul TEM00 (Gaussian
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
aperturii obiectivului. Divergența reprezintă măsura tendinței fasciculului de a se lărgi pe măsură ce se propagă dinspre laser. Cu cât diametrul îngustării fasciculului este mai mare, cu atât va fi mai redusă divergența. Dimensiunea minimă la care poate fi focalizat un fascicul laser reprezintă limita de difracție, care se referă la diametrul minim al unui fascicul TEM00 (Gaussian) Pentru prelucrarea materialelor, beneficiile unei calități ridicate a fasciculului sunt de trei tipuri. Un diametru focal mic conferă o eficiență superioară procesului, o intrare energetică
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
este compusă din unde electromagnetice ce oscilează în planuri perpendiculare. Polarizarea luminii caracterizează relația dintre planul de oscilație al câmpului electric și direcția de propagare. Polarizarea fasciculului influențează cantitatea de energie absorbită în material și deci eficiența și calitatea prelucrării laser. Tipul de polarizare a fasciculului trebuie stabilit cu scopul optimizării parametrilor de procesare [22]. Laserii utilizați în prelucrarea materialelor [23] pot fi clasificați după: mediul activ (gaz, lichid sau solid), puterea de ieșire (mW, W sau kW), lungimea de undă
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
solid), puterea de ieșire (mW, W sau kW), lungimea de undă (infraroșu, vizibil sau ultraviolet), modul de operare (continuu, pulsat sau mixt) și aplicație (microprelucrare, macroprocesare etc.) ș.a. Având în vedere că starea mediului activ determină principalele caracteristici ale fasciculului laser pentru prelucrarea materialelor, în prezenta lucrare este considerată ca metodă principală de clasificare (Fig. 1.7): gaz (atomi, molecule, ioni și excimeri), lichide (în principal coloranți organici) și solide (izolatori și semiconductori) [24, 25]. Fig. 1.7. Laserii aferenți prelucrării
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
în principal coloranți organici) și solide (izolatori și semiconductori) [24, 25]. Fig. 1.7. 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
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
unui grafic cu axele date de lungimea de undă, respectiv de puterea medie. Regiunile de operare ale diverșilor laseri pot fi astfel delimitate cu ușurință, putând fi selectate nivelurile de putere corespunzătoare tipului de prelucrare implicat. Fasciculul emis de către un laser se folosește rar pentru prelucrarea materialelor în forma lor brută - este rareori de dimensiunile necesare și adesea distribuția intensității nu este potrivită procesului. Emisia trebuie modulată astfel încât să devină un instrument de prelucrare corespunzător [27, 28]. Fasciculul brut emis de către
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
folosește rar pentru prelucrarea materialelor în forma lor brută - este rareori de dimensiunile necesare și adesea distribuția intensității nu este potrivită procesului. Emisia trebuie modulată astfel încât să devină un instrument de prelucrare corespunzător [27, 28]. Fasciculul brut emis de către un laser este livrat asupra piesei de lucru fie prin intermediul drumurilor bazate pe oglinzi, fie prin intermediul unui cablu cu fibre optice. Fasciculul poate fi astfel manipulat în diferite forme și distribuții ale intensității, fiind proiectate elemente optice transmisive, reflective și de difracție
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]
-
CAM - Computer Aided Design / Manufacturing), diagnosticarea fasciculului, monitorizarea procesului și reglarea automată a parametrilor de proces. În prezent sunt disponibile sisteme on-line de control adaptiv, scopul lor fiind acela de a minimiza pe cât posibil intervenția umană în cadrul centrelor de prelucrare laser, având în vedere continua automatizare a proceselor industriale. 1.2.4. Noțiuni privind tehnologia laser destinată marcării materialelor Marcarea laser reprezintă o metodă rapidă și fără contact pentru obținerea imaginilor de înaltă rezoluție, pe suprafața majorității materialelor uzuale, aferente diverselor
MARCAREA PRIN MICROPERCUŢIE ŞI CU FASCICUL LASER A UNOR MATERIALE by ŞTEFAN RUSU () [Corola-publishinghouse/Science/1607_a_2906]