
一、激光振荡的原理
1、吸收
外部光能量进入原子被原子内的电子吸收,电子从基态转化为激发态,随着能量的增加,电子从正常轨道转移到外层轨道,这即为电子的“吸收”或“受激”。
电子的“吸收”或“受激”
2、自发辐射
受激的电子在所吸收的能量作用下能级上升,经过一定弛张期后处于高能级的电子为了稳定下来会释放一定能量以回到一个稳定的能量状态,释放能量以光的形式被释放,这即是“自发辐射”。
“自发辐射”
3、受激辐射
处于高能级的电子持续以相同能量的光发射时,发射的光具有完全相同的能量、相位以及运动方向,即一个光子变为两个光子,这即是“受激辐射”,“受激辐射”形成的光具有相同的能量、相位以及运动方向,因此利用受激辐射产生的大量光可以形成强烈的光,激光即是利用受激辐射现象通过放大入射光而形成的;因此激光具有:单色性、相干性以及高方向性。
“受激辐射”
4、粒子数反转状态
要利用自发辐射振荡激光束就需要处于高能级的电子密度高于处于低能级的电子密度,这种现象即为“粒子数反转状态”,换言之当自发辐射光的量高于吸收的光时就能首次有效的形成激光束。
“粒子数反转状态”
5、激光振荡
在粒子数反转状态中当一个电子自发辐射时该光会使不同的电子自然发光,这样产生的连锁反应会增加光量并产生强光束,这即是激光振荡的工作原理。
激光振荡的工作原理
二、不同波长激光的特性
1、波长:10.6 um
10.6 um的激光通常由CO2激光器产生,其是工业激光中波长最长的激光;10.6 um波长区域的激光典型特性如下:
- 不被金属所吸收;
- 会由于长波长传热而造成代加工物体的融化或燃烧;
- 可加工玻璃、PET等透明物体;
- CO2激光相对于基本波长的激光很难实现树脂的颜色反差印刷。
2、波长:1064 nm
1064 nm波长是激光加工中用途最为广泛的波长的一种激光;1064 nm 波长区域激光具有如下特性:
- 加工应用范围广泛,可用于从树脂到金属的加工;
- 无法加工透明物体,如玻璃等;
- 加工过程中易于造成树脂变色。
3、波长:532 nm
二倍频(SHG)激光的波长是标准波长(1064 nm)的一半,532 nm位于可见光谱内,呈绿色;532 nm波长激光具有如下特性:
- 能被各种材质所吸收,包括反射率很高的金、铜等均可以轻易地加工;
- 由于其射速点比1064 nm的激光要更小,因此可用于物体的精细加工;
- 532 nm激光不能用于加工透明物体。
金属的激光吸收率
4、波长:355 nm
三倍频(THG)激光的波长是标准波长(1064 nm)的三分之一,位于光的紫外线(UV)区域,将标准波长通过非线性晶体的转换形成532 nm的激光,再经过第二个非线性晶体将波长降至355 nm,355 nm 波长激光具有如下典型的特性:
- 大多数材料都对355 nm激光具有极高的吸收率,且不会发生过多热量;
- 355 nm激光的射束点非常小,可用于超精细加工;
- 355 nm激光的高吸收率使得其比其他波长的激光需要消耗更多的维护成本和消耗品。