CO₂ lazer belgilash apparati qanday ishlaydi?

CO₂ lazer hosil bo'lishi: gazni uyg'otish va 10,6 μm foton chiqarilishi

Aholi invertsiyasini amalga oshirishda CO–N–He gaz aralashmasining roli

Lazerni ishga tushirish uchun asosiy shart bo'lgan aholi inversiyasi — bu, asosan, gazlar o'rtasida aynan shu maxsus energiya uzatish jarayonidir. Azot molekulalari elektr tokiga urilganda, ular o'z ortiqcha energiyalarini karbonat angidrid molekulalariga molekulyar to'qnashuvlar deb ataladigan maydona to'qnashuvlar paytida o'tkazadi. Bu CO₂ molekulalarini olimlarning «yuqori lazerni darajasi» deb atagan holatga, ya'ni 00°1 holatiga ko'taradi. Gelyum bu jarayonda ikkita muhim vazifani bajaradi. Birinchidan, u CO₂ molekulalarining pastki energiya darajasidan (ya'ni 10°0 darajasi) tezroq sovutilishiga yordam beradi, shunda jarayon to'siqqa uchramaydi yoki qo'polanmaydi. Ikkinchidan, gelyum haqiqatan ham lazerni naychasida sodir bo'layotgan barcha jarayonlar joyida hosil bo'layotgan issiqlikni olib ketadi. Bu haroratni barqaror saqlaydi va butun tizimning xizmat ko'rsatish muddati uzunroq bo'ladi, ya'ni almashtirishga ehtiyoj tug'ilguncha. Aksariyat lazerni sozlamalari taxminan 10–20% CO₂, yana 10–20% azot va qolgan qismi — 60–80% gelyumdan iborat aralashmadan foydalanadi. Ushbu aralashma real dunyo sharoitida yuqori sifatli lazerni chiqishini ta'minlashda juda yaxshi ishlaydi va Xalqaro elektrotexnika komissiyasi (IEC) tomonidan IEC 60825-1 qo'llanmasi doirasida belgilangan sanoat standartlariga mos keladi.

Elektr razryadi bilan qoʻzgʻatish va 10,64 μm da stimullangan emissiya

Yuqori kuchlanishli doimiy tok yoki RF razryadi gaz aralashmasi orqali o'tganda, u energiyali elektronlar to'plamini hosil qiladi. Bu elektronlar azot molekulalarini v=1 vibratsion holatiga ko'tarishga intiladi, bu esa bir necha vaqt davom etadi. Keyinchalik nima sodir bo'ladi? Xuddi shu paytda, quvvatlangan azot va uglerod dioksid molekulalari o'rtasidagi to'qnashuvlar natijasida energiya uzatiladi va natijada CO₂ molekulalari 00°1 energiya darajasiga yetib keladi. Bu CO₂ molekulalari 10°0 darajasiga tushganda, ular atrofida 10,64 mikrometr atrofidagi fotonlarni chiqaradi. Bu aniq to'lqin uzunligi umuman tasodifiy emas, balki molekulaning vibratsiyasi va aylanishi o'rtasidagi o'zaro ta'sir natijasida hosil bo'ladi. Laser kavitetsiyasining ichida ikkala uchida joylashgan aynoqlar bu fotonlarni oldinga-ortga qaytarib turadi, bu esa qo'shimcha nurlanishni keltirib chiqaradi va nur intensivligini oshiradi. Ko'pchilik ushbu laserlar bilan ishlaydigan mutaxassislarning e'tiborini 9,2 dan 10,8 mikrometr oralig'ida boshqa chiziqlarga nisbatan 10,6 mikrometrlik chiziq tortadi. Nima uchun? Chunki oddiy ishlash sharoitlarida bu aniq to'lqin uzunligi eng yuqori kuchaytirish koeffitsientiga ega. Shu sababli u ayniqsa, bu to'lqin uzunligida yorug'likni juda yaxshi so'raydigan organik materiallar bilan ishlashda sanoat belgilash ishlarida juda samarali hisoblanadi.

Nurlar yetkazilishi va CO2 li lazerni belgilash uskunalari da aniq fokuslash

Galvanometrik skanerlash tizimlari va doimiy optika: tezlik, aniqlik va qo'llanishga mos kelish

Galvanometr tizimlari ish sirtlarida 10 metr/s dan yuqori tezlikda lazer nurlarini boshqarish uchun servolar tomonidan boshqariladigan oynalarga tayanadi. Bu materialga tegmasdan murakkab dizaynlarni va zich DataMatrix kodlarini tezda belgilash imkonini beradi. Tizim 0,01 mm ichida pozitsiyalarni takrorlay oladi, bu esa elektronika ishlab chiqarishida, implantatsiya qilinadigan tibbiy qurilmalarda va nozik plyonka qadoqlash sohasida kerak bo'ladigan maydanoq belgilar uchun ajoyibdir. Doimiy optika esa butunlay boshqa yondashuvni qo'llaydi. Bu uskunalar aslida statik lazer nuri ostida obyektni harakatlantiradi va shu orqali quyi quyish kabi qattiqroq vazifalar yoki cho'kkan metallarga chuqur o'yib yozish va katta belgilar yaratish kabi ishlarda yaxshiroq mexanik barqarorlikni ta'minlaydi. Tezlik va ko'p funksiyalilik eng muhim ahamiyat kasb etadigan hollarda galvanometrlar aniq g'olib keladi, lekin doimiy optika temperaturaning o'zgarishlari tufayli mutlaqo tekis yoki barqaror bo'lmagan sirtlarda yaxshiroq fokus chuqurligini saqlashga intiladi. Shuning uchun ko'pchilik ishlab chiqaruvchilar aniq pozitsiyalashish tezlikdan ko'ra muhim bo'lgan ilovalar uchun hali ham doimiy optikani afzal ko'radi.

F-Theta linzasi dizayni va 10,6 μm to'lqin uzunligi uchun maydon o'lchamini optimallashtirish

F-Theta linzasi galvanometrik CO2 laser tizimlarida belgilash maydonining butun maydonida bir xil fokusni qo'lga kiritishda juda muhim rol o'ynaydi. Bu maxsus linzalar maydon egri chizig'i va distorsiyaga oid muammolarni hal qiladi, chunki ular aynan qanchalik ko'zgu burilganda nurning ishlov beriladigan detaldagi fokus nuqtasi qayerda bo'lishini doim to'g'ri munosabatda saqlaydi. Buning natijasida lazer nuqtasi belgilash kerak bo'lgan hududning markazida yoki chekkalarida bo'lsin, uning o'lchami va kuchi taxminan bir xil qoladi. Ko'pincha 10,6 mikrometrli infraqizil to'lqin uzunligini qayta ishlash uchun mo'ljallangan bu linzalarning zamonaviy namunalari odatda sink selenid yoki galliy arsenid materiallaridan yasalgan bir nechta qatlamlarga ega. Shuningdek, ular ishlayotganda noxohishli akslantirishlar va issiqlikka bog'liq distorsiyalarni kamaytiruvchi maxsus qoplamalarga ega. Hammasi to'g'ri ishlaganda, bu linzalar diametri taxminan 90 mikrometr bo'lgan nuqtalarni hosil qilish imkonini beradi. Bu darajadagi aniqlik, masalan, maydonda 2D kodlarni o'qish, murakkab elektr sxemalarini chizish va millimetrdan ham maydaroq matnlarni aniq, chetlari burushmagan va noxohishli halo effektlari bo'lmagan holda belgilash uchun juda muhim.

Materiallar bilan o'zaro ta'sir: CO2 lizer belgilash uskunalari sirtlarni qanday o'zgartiradi

Organik materiallarda (polimerlar, yog'och, teri, matolar) kuchli infraqizil so'rilish

10,6 mikronda ishlaydigan CO2-lazerlar oddiy organik birikmalar — ayniqsa karbon asosidagi moddalarda keng tarqalgan C=O, O-H va C-O bog‘lanishlari —ning asosiy tebranish namunalari bilan juda yaxshi mos keladi. Shuning uchun bu lazerlar materiallarga shunchalik kuchli so‘riladi. Masalan, polimerlarga e’tibor bering: akrilik, ABS plastik va polipropilen ushbu to‘lqin uzunligida tushayotgan lazer energiyasining 60% dan deyarli 100% gacha qismini so‘rib oladi. Tabiiy materiallar bilan bo‘lganda esa vaziyat yanada yaxshilanadi. Sopol, teri va paxta gazlamalari seluloza va oqsillarni ko‘p miqdorda o‘z ichiga olgani uchun 80% dan ortiq energiyani so‘rib oladi. Keyingi jarayon esa ajoyibdir. Lazer materialga urilgan joyda intensiv issiqlik hosil qiladi va ba’zida bu issiqlik bir necha mingdan bir soniyada 3000°C dan yuqori temperaturaga yetib boradi. Lekin bu yerda aqlli jihat shundaki, bu issiqlikning aksariyati atigi 0,1 dan 0,5 millimetrgacha chuqurlikdagi juda ingichka qatlamda saqlanadi. Bu ishlab chiqaruvchilarga material sirtini ko‘rinishi yoki kimyoviy xususiyatlari jihatidan o‘zgartirish imkonini beradi, shu bilan birga hech qanday mexanik bosim qo‘llamaydi. Natija? An’anaviy usullar bilan odatda shikastlanadigan nozik detallarga tozalik va doimiy belgilashlar qo‘yish.

Issiqlikni qayta ishlash usullari: Gravirlov, Tuzilishni yumshatish, Qopqoq hosil qilish va Rang o'zgarishi

CO2-lazer belgilash uskunalari quvvat zichligini, impuls davomiyligini va skanerlash tezligini boshqarish orqali turli ko'rinadigan va funksional natijalarga erishadi — bu turli issiqlik mexanizmlarini faollashtiradi:

Gravirlovchi ishlar sublimatsiya orqali materialni olib tashlash yo'li bilan amalga oshiriladi, bu esa mahsulotlarda ko'pincha uchraydigan, ba'zan 1 mm gacha chuqurlikka yetadigan sezilarli chuqurliklarni yaratadi. Keyin esa anellash — bu nafaqat sirtning o'zida, balki uning bir oz pastida boshqariladigan oksidlanish jarayoni. Bu usul ayniqsa korroziyaga chidamli va vizual jihatdan ajralib turadigan belgilar yaratishda, masalan, oddiy po'lat yoki titan kabi materiallar bilan ishlashda keng qo'llaniladi. Pufaklanish jarayonlari polimer matritsalarni kengaytirib, barmoqlarimiz ostida ajoyib seziladigan, yengil rangli va ko'tarilgan elementlarni hosil qiladi; bunday elementlar ajoyib sezuvchanlik (taktillik) ta'siri beradi. Rang o'zgarishlari bilan bog'liq holda, ishlab chiqaruvchilar material ichidagi bo'yoqlar yoki to'ldiruvchilarning foto-kimyoviy o'zgarishlariga tayanadi. Bu usul sirtidan hech qanday materialni olib tashlamasdan, matolar va muhandislik plastmassalariga doimiy brend belgilari qoldiradi. Barcha ushbu turli xil usullar bitta jihatda umumiy: ular barchasi bir xil 10,6 mikrometrli foton manbasidan foydalanadi. Ularning maxsusligi esa har bir materialning issiqlik chegaralariga turlicha javob berishida namoyon bo'ladi. Shuning uchun ham bu tizim aniqlikni talab qiladigan turli sohalarda — tibbiyot qurilmalari ishlab chiqarishidan kosmik komponentlar ishlab chiqarishgacha — shunchalik universaldir.

Savollar boʻlimi

CO₂ lazerni aholi inversiyasi nima?

Aholi inversiyasi — bu zarrachalar ko'proq miqdorda o'zgargan (quvvatlangan) holatda, past energiya darajasidagi holatlarga qaraganda, mavjud bo'lgan holatdir. CO₂ lazerni aholi inversiyasi CO-N-He gaz aralashmasi orqali energiya uzatish yo'li bilan amalga oshiriladi va samarali lazer faoliyatini ta'minlaydi.

CO₂ lazerni 10,6 mikrometr to'lqin uzunligi nima uchun muhim?

10,6 mikrometr to'lqin uzunligi eng yuqori kuchlanish koeffitsientiga ega bo'lgani uchun muhimdir; bu uning sanoat sohalarida, ayniqsa shu to'lqin uzunligida yorug'likni yutadigan organik materiallar bilan ishlashda juda samarali bo'lishini ta'minlaydi.

Galvanometrik skanerlash tizimlari CO₂ lazer belgilash uskunalari da doimiy optika bilan qanday farq qiladi?

Galvanometrik skanerlash tizimlari tez va murakkab belgilashlar uchun nazorat qilinadigan aynoqlardan foydalanadi. Aksincha, doimiy optika statik nurlar ostida ob'ektni harakatlantiradi va gravirovka vazifalari uchun yaxshi barqarorlikni ta'minlaydi.

Qaysi materiallar CO₂ lazer energiyasini yuqori darajada yutadi?

Polimerlar (masalan, akrilik, ABS plastik), yog‘och, teri va matolar kabi materiallar CO₂ lazer energiyasini yuqori darajada so‘rashadi, chunki ularning organik birikmalar tuzilishi lazer to‘lqin uzunligiga mos keladi.

CO₂ lazer belgilash uskunalari qanday issiqlik ishlash rejimlariga ega?

Asosiy issiqlik ishlash rejimlari o‘yib yozish, termik qilish, pufaklanish va rang o‘zgarishi hisoblanadi; har biri quvvat zichligi va issiqlik mexanizmlariga qarab noyob ko‘rinadigan va funktsional natijalar beradi.