Ishlash printsipiga ko'ra, lazer ilgari yaratilgan maserga* juda o'xshaydi, shuning uchun uning muqobil nomi - optik maser. Ikkala qurilma ham tashqi ta'sir orqali hayajonlangan holatda atomlardan ortiqcha energiya chiqishi bilan tavsiflanadi.
Nur nima? Bu maxsus shakl masala. U kvantlar deb ataladigan bir xil bo'laklardan iborat. Har qanday modda atomlardan iborat; yorug'lik chiqaradigan yoki yutuvchi moddaning atomlari qattiq kvantlarni chiqaradi yoki mos ravishda yutadi. Nurlanishning to'lqin uzunligi (shuning uchun rangi) uning kvantining energiyasi bilan belgilanadi. Hech qanday qo'shimcha shartlar bo'lmasa, moddaning atomlari kvantlarning fraktsiyalari bilan o'zaro ta'sir qilmaydi. Tabiatan bir xil bo'lgan atomlar faqat ma'lum bir to'lqin uzunligidagi kvantlarni chiqaradi yoki yutadi. Aniq misol gaz deşarj chiroq, masalan, neon bilan bir xilda to'ldirilgan, xizmat qilishi mumkin. Kvant yorug'lik chiqaradigan atom energiya sarflaydi; aksincha, kvantni yutib, ortiqcha energiya oladi. Energiya atomdan ham, atomga ham qisman uzatilganligi sababli, u faqat bitta holatda bo'lishga qodir: asosan, minimal energiya bilan tavsiflanadi yoki hayajonlanganlardan birida. Agar atom asosiy holatda bo'lsa, u holda yorug'lik kvantini yutgandan so'ng u qo'zg'aluvchan holatga o'tadi. Va shunga ko'ra, kvant chiqarilganda, buning aksi bo'ladi. Shunday qilib, nisbatan katta miqdor atomlar yaqinidagi kvantlar, energiyaning ortishi yoki kamayishi bilan o'tishni amalga oshiradigan atomlar soni qanchalik ko'p bo'lsa. Nurning mavjudligi atomlarni energiya almashinuvida ishtirok etishga majbur qiladi. Shuning uchun bunday jarayonlarning nomi - rag'batlantirilgan so'rilish va rag'batlantiruvchi emissiya. Majburiy yutilish jarayonida kvantlar soni kamayadi va natijada yorug'lik intensivligi ham kamayadi. Ma'lum miqdordagi atomlar yorug'likka duchor bo'lgandan so'ng, majburiy ravishda o'zlashtirganidan ko'ra ko'proq energiyani chiqarishni boshlaydilar. Shunday qilib, lazer effekti paydo bo'ladi, ya'ni berilgan atomlar to'plamining stimulyatsiyalangan emissiyasi orqali yorug'likning kuchayishi.
Lazer hosil bo'lishi faqat mikrozarrachalar to'plamida sodir bo'lishi mumkin, bu erda qo'zg'atilgan atomlar soni asosiy holatdagidan ko'proq bo'ladi. Bundan xulosa qilishimiz mumkinki, bu to'plam birinchi navbatda tashqi manbadan olingan energiyani unga quyish orqali tayyorlanishi kerak. Bu operatsiya aynan shu nomga ega - nasos.
Lazerning barcha turlari o'rtasidagi asosiy farq nasos usuli hisoblanadi. Pompa bo'lishi mumkin: lazerdan farqli to'lqin uzunligi bilan elektromagnit nurlanish; elektr toki; relativistik (juda tez) elektronlar nuri; elektr zaryadsizlanishi; hosil qilish uchun qulay muhitda kimyoviy reaktsiya.
* Maser - bu taxminan bir santimetr uzunlikdagi kogerent radio to'lqinlarni chiqaradigan kvant generatori. Uning nomi, "radiatsiya emissiyasi bilan rag'batlantirilgan mikroto'lqinli kuchaytirish" iborasining qisqartmasi, uni yaratuvchilari tomonidan 1954 yilda berilgan: sovet olimlari A.M. Proxorov, N.G. Basov, shuningdek, amerikaliklar C. Townes, D. Gordon va X. Zeiger. Dastlab, ixtiro qilinganidan so'ng, maser faqat inson tomonidan yaratilgan deb hisoblangan, ammo keyinchalik astronomlar ba'zi uzoq galaktikalar ulkan maserlar kabi harakat qilishini aniqladilar. Hajmi milliardlab kilometr bo'lgan ulkan gaz bulutlarida hosil bo'lish uchun sharoitlar paydo bo'ladi va nasos manbai kosmik nurlanishdir. Maserlar texnologiyada (xususan, kosmik aloqada), fizik tadqiqotlarda, shuningdek kvant chastotasi standartlari sifatida qo'llaniladi.
Lazerning faol muhiti sifatida gazlarning shubhasiz afzalligi ularning yuqori optik bir hilligidir. Shuning uchun, o'shalar uchun ilmiy va texnik ilovalar, bu nurlanishning eng yuqori yo'nalishi va monoxromatikligini talab qiladi, gaz lazerlari eng katta qiziqish uyg'otadi. Geliy va neon aralashmasiga asoslangan birinchi gaz lazeridan keyin (1960) u yaratilgan. katta miqdorda turli xil gaz lazerlari. Ular keng diapazondagi chastotalarga ega bo'lgan neytral atomlar, molekulalar va ionlarning kvant o'tishlaridan foydalanganlar: ultrabinafshadan spektrning uzoq infraqizil qismlarigacha. Spektrning ko'rinadigan va yaqin infraqizil mintaqalarida doimiy lazerlar orasida gelio-neon lazer eng keng tarqalgan. Bu lazer optik bo'shliqqa o'ralgan He va Ne aralashmasi bilan to'ldirilgan gaz chiqarish trubkasidir.
Gaz lazerining nurlanishida ular eng aniq namoyon bo'ladi xarakterli xususiyatlar lazer nurlanishi - yuqori yo'nalish va monoxromatiklik. Muhim afzallik ularning uzluksiz ishlash qobiliyatidir. Yangi qo'zg'alish usullaridan foydalanish va yuqori gaz bosimiga o'tish gaz lazerining kuchini keskin oshirishi mumkin. Gaz lazeri yordamida uzoq infraqizil diapazonni, shuningdek, ultrabinafsha va rentgen nurlanish diapazonlarini yanada rivojlantirish mumkin.
Ko'rinadigan va infraqizil diapazonlarda ishlaydigan lazerlar orasida yarimo'tkazgichli lazerlar o'zlarining bir qator xarakteristikalari bo'yicha alohida o'rin tutadi. Yarimo'tkazgichli in'ektsiya lazerlari juda ko'p yuqori samaradorlik transformatsiya elektr energiyasi kogerent nurlanishga aylanadi, bu deyarli 100% ga teng. Ular uzluksiz ishlashga qodir. Yarimo'tkazgichli lazerlarning amaliy ahamiyatga ega bo'lgan boshqa xususiyatlari quyidagilardir: yuqori samaradorlik elektr energiyasini kogerent nurlanish energiyasiga aylantirish (30-50%); to'g'ridan-to'g'ri modulyatsiyaning keng chastota diapazonini (109 gigagertsdan ortiq) aniqlaydigan past darajadagi inertiya; oddiy dizayn; shuningdek - radiatsiya to'lqin uzunligini sozlash imkoniyati va 0,32 dan 32 mikrongacha bo'lgan to'lqin uzunligi oralig'ini doimiy ravishda qoplaydigan muhim miqdordagi yarimo'tkazgichlarning mavjudligi.
Barcha yarimo'tkazgichli lazerlarning umumiy kamchiliklari - bu ularning kichik o'lchamlari bilan bog'liq bo'lgan nurlanishning nisbatan past yo'nalishi va yuqori monoxromatiklikni olish qiyinligi, bu ishchi rekombinatsiya o'tishlarida spontan emissiya spektrining sezilarli kengligi bilan bog'liq.
Yarimo'tkazgichli lazerlar kogerentlik va yo'nalishga bo'lgan talablar katta bo'lmaganda, lekin kichik o'lchamlar va yuqori samaradorlik talab qilinganda eng samarali hisoblanadi.
Yarimo'tkazgichli lazerlar nurlanish energiyasining zichligi va samaradorligi bo'yicha boshqa barcha turdagi lazerlardan ustundir. Muhim sifat Yarimo'tkazgichli lazerlarning afzalligi radiatsiya chastotasini sozlash va yorug'lik nurini boshqarish imkoniyatidadir.
Suyuq lazer
lazer, faol modda bu suyuqlikdir. Suyuq lazerlarning afzalliklari orasida suyuqlikni sovutish uchun aylanish imkoniyati mavjud. Bu impulsli va uzluksiz rejimlarda yuqori energiya va radiatsiya quvvatlarini olish imkonini beradi.
Birinchi suyuq lazerlarda noyob tuproq xelatlarining eritmalari ishlatilgan. Ular erishish mumkin bo'lgan energiyaning past miqdori va xelatlarning etarli darajada kimyoviy qarshiligi uchun dasturni hali topa olmadilar. Noorganik faol suyuqliklarda ishlaydigan suyuq lazerlar sezilarli o'rtacha quvvatga ega yuqori impuls energiyasiga ega. Bunday holda, suyuq lazerlar tor chastotali spektrli nurlanish hosil qiladi.
Organik bo'yoqlar eritmalarida ishlaydigan suyuq lazerlar qiziqarli xususiyatlarga ega. Organik bo'yoqlarning keng spektrli luminesans chiziqlari suyuq lazerlarga keng diapazonda radiatsiya to'lqin uzunliklarini doimiy ravishda sozlash bilan ishlashga imkon beradi. Bo'yoqlarni almashtirish orqali spektrning butun ko'rinadigan va infraqizil qismlarining bir qismini qoplashni ta'minlash mumkin. Suyuq bo'yoq lazerlari odatda nasos manbai sifatida qattiq holatdagi lazerlardan foydalanadi. Ba'zi bo'yoqlar uchun an'anaviy chiroqlarga qaraganda qisqaroq, kuchliroq oq yorug'likni keltirib chiqaradigan maxsus impulsli gaz-yorug'lik lampalaridan nasos qo'llanilishi mumkin (50 mks dan kam).
Qattiq holatdagi lazerlar
Impulsli va uzluksiz to'lqinli nurlanishni ishlab chiqaradigan ko'plab qattiq holatdagi lazerlar mavjud. Eng keng tarqalgan impulsli qattiq holatdagi lazerlar yoqut va neodimiy shisha lazerlaridir. Neodimiy lazer ℓ = 1,06 mkm to'lqin uzunligida ishlaydi. Uzunligi 100 sm gacha va diametri 4-5 sm gacha bo'lgan nisbatan katta va etarlicha optik jihatdan bir xil novdalar ham ishlab chiqariladi. Bunday novdalardan biri ~ 10-3 soniya ichida 1000 J energiyaga ega bo'lgan avlod impulsini berishga qodir.
Ruby lazerlari, neodimiy shisha lazerlari bilan birga, eng kuchli impulsli lazerlardir. Generatsiya impulsining umumiy energiyasi pulsning davomiyligi 10-3 sek bo'lgan yuzlab J ga etadi. Bundan tashqari, yuqori takrorlash tezligi (bir necha KHz gacha) bilan impuls ishlab chiqarish rejimini amalga oshirish mumkin.
Uzluksiz to'lqinli qattiq holatdagi lazerlarga misollar disprosiy Dy bilan qo'shilgan kaltsiy florit CaF2 lazerlari va turli noyob tuproq atomlari bilan qoplangan itriy alyuminiy granat lazerlari. Ushbu lazerlarning aksariyati to'lqin uzunligi ℓ 1 dan 3 mkm gacha bo'lgan hududda ishlaydi. Uzluksiz rejimda qattiq holatdagi lazerning odatiy chiqish quvvati ~ 1 Vt yoki Vt ning fraktsiyalari, itriy-alyuminiy granat lazeri uchun ~ o'nlab Vt. Agar maxsus shartlar yaratilmagan bo'lsa, qattiq holatdagi lazerlarning lasing spektri nisbatan kengdir, chunki odatda multimodli lazer rejimi qo'llaniladi. Biroq, optik rezonatorga tanlash elementlarini kiritish orqali, odatda, ishlab chiqarilgan quvvatning sezilarli darajada pasayishi bilan bog'liq bo'lgan bir rejimli lasingni olish mumkin. Katta monokristallarni etishtirish yoki bir hil va shaffof shishaning katta namunalarini eritish jarayonida ma'lum qiyinchiliklar mavjud.
"Lazer" yoki "lazer" so'zi "rag'batlantirilgan nurlanish emissiyasi orqali yorug'likni kuchaytirish" so'zining qisqartmasi. Rus tilida: - "rag'batlantirilgan emissiya orqali yorug'likni kuchaytirish" yoki optik kvant generatori. Rezonator sifatida kumush bilan qoplangan yoqut tsilindrni ishlatgan birinchi lazer 1960 yilda Kaliforniyadagi Hughes Research Laboratories tomonidan ishlab chiqilgan. .Bugungi kunda lazerlar turli miqdorlarni oʻlchashdan tortib, kodlangan maʼlumotlarni oʻqishgacha boʻlgan turli maqsadlarda qoʻllaniladi. Byudjetingiz va ko'nikmalaringizga qarab lazerni yaratishning bir necha yo'li mavjud.
1-qism
Lazer qanday ishlashini tushunishLazer ishlashi uchun energiya manbai kerak. Lazerlar lazerning faol muhitidagi elektronlarni tashqi energiya manbai bilan qo'zg'atish va ularni ma'lum bir to'lqin uzunligidagi yorug'lik chiqarishni rag'batlantirish orqali ishlaydi. Bu jarayon birinchi marta 1917 yilda Albert Eynshteyn tomonidan taklif qilingan. Elektronlar (lazer faol muhitining atomlarida) yorug'lik chiqarishi uchun ular birinchi navbatda yuqori orbitaga o'tish orqali energiyani o'zlashtirishi, so'ngra dastlabki orbitasiga qaytganida bu energiyani yorug'lik zarrasi shaklida chiqarishi kerak. Lazerning faol muhitiga energiya kiritishning bu usuli "pompalash" deb ataladi.
Energiyaning faol (kuchaytiruvchi) muhit orqali kanal o'tishi. Kuchaytiruvchi vosita yoki faol lazer muhiti elektronlar chiqaradigan induktsiyalangan (rag'batlantirilgan) nurlanish tufayli yorug'lik intensivligini oshiradi. Kuchaytiruvchi vosita quyidagi tuzilmalar yoki moddalardan biri bo'lishi mumkin:
Lazer ichidagi yorug'likni saqlash uchun nometalllarni o'rnatish. Ko'zgular yoki rezonatorlar lazerning ish kamerasida yorug'likni kerakli darajadagi energiya to'planib qolguncha ushlab turadi, ko'zgularning biridagi kichik teshik yoki linza orqali chiqariladi.
Yorug'likni kuchaytiruvchi vosita orqali yo'naltirish uchun fokuslovchi linzalardan foydalanish. Ko'zgular bilan bir qatorda, linzalar yorug'likni jamlash va yo'naltirishga yordam beradi, shunda kuchaytiruvchi vosita imkon qadar ko'proq yorug'lik oladi.
2-qism
Lazer qurishSotib olish. Siz elektronika do'konida xarid qilishingiz yoki "lazer to'plami", "lazer to'plami", "lazer moduli" yoki "lazer diyot" ni onlayn xarid qilishingiz mumkin. Lazer to'plami quyidagilarni o'z ichiga olishi kerak:
Haydovchi sxemasini yig'ish. Ko'pgina lazer to'plamlari yig'ilmagan haydovchi bilan sotiladi. Ushbu to'plamlar o'z ichiga oladi bosilgan elektron plata va mos keladigan qismlar va siz ularni biriktirilgan diagrammaga muvofiq lehimlashingiz kerak. Ba'zi to'plamlarda yig'ilgan haydovchi bo'lishi mumkin.
Boshqaruv blokini lazer diodasiga ulang. Agar sizda raqamli multimetr bo'lsa, oqimni kuzatish uchun uni diodli pallaga qo'shishingiz mumkin. Ko'pgina lazer diodlari 30 dan 250 milliamper (mA) gacha bo'lgan oqimga ega. 100 dan 150 mA gacha bo'lgan oqim oralig'i juda kuchli nur hosil qiladi.
Quvvat manbai yoki batareyani haydovchi pallasiga ulang. Lazer diodasi yorqin porlashi kerak.
Lazer nurini fokuslash uchun linzani aylantiring. Uni devorga qarating va chiroyli, yorqin nuqta paydo bo'lguncha diqqatni qarating.
Eski DVD yoki Blu-Ray yozuvchisi yoki haydovchini oling. Yozish tezligi 16x yoki undan yuqori bo'lgan qurilmalarni tanlang. Ushbu qurilmalarda 150 mVt yoki undan ortiq chiqish quvvatiga ega lazerli diodlar mavjud.
Lazer diyotini haydovchidan olib tashlash. Drayvni teskari burang. Drayv mexanizmini ajratish va diodni tortib olishdan oldin siz olib tashlashingiz kerak bo'lgan vintlarni ko'rasiz.
Fokuslovchi linzani tayyorlang. Diyotdan olingan nurni lazer sifatida ishlatish uchun fokuslash linzalari orqali o'tkazish kerak bo'ladi. Buni ikkita usuldan birida qilishingiz mumkin:
Lazerlar (yoki optik kvant generatorlari) so'nggi o'n yilliklardagi fan va texnikaning eng ajoyib va istiqbolli yutuqlaridan biri, 20-asrning "mo''jizalari" dan biridir. Optik kvant generatorlari, shubhasiz, porloq kelajakka ega, chunki ularni qo'llash doirasi haqiqatan ham cheksizdir: lazerlar yordamida ular plazmani o'rganadilar, kimyoviy reaktsiyalarni tezlashtiradilar, sun'iy Yer sun'iy yo'ldoshlarining harakatini kuzatadilar, turli xil ilmiy tadqiqotlarni amalga oshiradilar va ko'p , yana ko'p. Masalan, lazer nurlanishidan foydalanib, Oygacha bo'lgan masofa 100 metrlik aniqlik bilan aniqlangan. Agar oddiy zamonaviy kompyuter sekundiga bir necha million arifmetik amallarni bajara olsa, lazer nuridan foydalanadigan kompyuter bir soniyada bir necha yuz yoki ming million amallarni bajarishi mumkin.
Barcha optik kvant generatorlari tashqi nasos manbai, faol lazer muhiti va optik bo'shliqdan iborat. Nasos manbai yordamida tashqi energiya optik kvant generatoriga yo'naltiriladi. Ichkarida joylashgan faol lazer muhiti, dizaynga qarab, kristall korpusdan (YAG lazer), gaz aralashmasidan (CO₂ lazer) yoki shisha toladan (tolali lazer) iborat bo'lishi mumkin. Energiya nasos tizimi orqali faol lazer muhitiga etkazib berilganda, energiya radiatsiya shaklida chiqariladi. Faol lazer muhiti ikkita ko'zgu o'rtasida "optik bo'shliq" deb ataladigan joyda joylashgan bo'lib, ulardan biri shaffofdir. Rezonatorda faol lazer muhitining nurlanishi kuchayadi va shu bilan birga, nurlanishning bir qismi shaffof oyna orqali optik rezonatordan chiqishga qodir. Shunday qilib, nurga to'plangan optik (yorug'lik) diapazonning elektromagnit nurlanishi lazer nurlanishidir.
Optik kvant generatorlari ko'pgina xususiyatlarga ko'ra bo'linadi, lekin asosan quyidagi tasnif qo'llaniladi:
Hozirgi vaqtda farq mavjud quyidagi turlar lazer qurilmalari:
Hozirgi vaqtda turli xil lazerlarning ko'plab turlari mavjud ilmiy tadqiqot, muhandislik va sanoatda foydalanish uchun. Biologik va tibbiy maqsadlar uchun mikroskoplar, televizorlar va boshqalar ko'rinishidagi turli xil maxsus qurilmalar (qo'shimchalar) bo'lgan optik kvant generatorlari yaratilgan. Mikroskop ("lazer mikroskop") bilan kombinatsiya nafaqat alohida hujayralarni, balki ularda joylashgan turli xil shakllanishlarni, masalan, yadrolarni va boshqalarni nurlantirishga imkon beradi. Faol modda sifatida xizmat qiladigan materialga qarab, radiatsiya intensivligi va to'lqin uzunligi o'zgaradi. Hozirgi vaqtda ishlatiladigan lazerlarning aksariyati yorug'lik spektrining qizil va infraqizil diapazonlarida ishlaydi.
Qisqa muddatli yuqori energiyali impulslarni ishlab chiqaradigan impulsli optik kvant generatorlari tibbiyotda, asosan, turli patologik o'choqlarga bir marta yoki takroriy ta'sir qilish uchun, masalan, o'smalar "otish" uchun va boshqalar uchun ishlatilishi mumkin. Kamroq kuchli uzluksiz qurilmalar birinchi navbatda ishlab chiqarish uchun mo'ljallangan. turli xil jarrohlik aralashuvlar. Birinchi holda, lazer nurini majoziy ma'noda "engil o'q" deb atash mumkin tanlangan maqsad, ikkinchisida - "engil pichoq" (yoki "engil skalpel") bilan.
Fokuslanmagan lazer nurlarining kengligi odatda 1-2 sm, fokuslangani esa 1 dan 0,01 mm gacha yoki undan kam. Buning yordamida juda katta yorug'lik energiyasini bir necha mikronli maydonga, ya'ni kamroq joyga jamlash mumkin bo'ldi. ko'ndalang kesim inson sochlari va shu bilan birga juda yuqori haroratga etadi - millionlab darajagacha! Aynan shu energiyani nurlangan sirtning minimal maydoniga to'plash qobiliyati tufayli lazerlar tibbiyot uchun katta qiziqish uyg'otadi. Lazer nurlanishining intensivligi kvadrat santimetrga impuls energiyasi miqdori bilan belgilanadi va joul (J/sm²) yoki kaloriyalarda, uzluksiz qurilmalar uchun esa sm² uchun vattlarda ifodalanadi. Har bir lazer chirog'ining energiyasi joulning fraktsiyalaridan 1000 joulgacha yoki undan ko'proq farq qilishi mumkin. Kuchli lazerning fokuslangan nurlari tom ma'noda hech qanday to'siqlarni bilmaydi. Lazer nuri "burg'ulash", eritish va bug 'po'latiga, volframga, olmosga, korundga va insoniyatga ma'lum bo'lgan boshqa barcha materiallarga aylanishga qodirligini aytish kifoya. Hozirgi vaqtda optik kvant generatorlarining kuchi ulkan darajaga yetdi. Bir necha nanosekund (10-11 soniya) davom etadigan zarba paytida u 10 million kilovattdan oshadi! So'nggi yillarda radiatsiya yorqinligi quyosh yorqinligidan million marta ko'p bo'lgan va puls kuchi yirik elektr stansiyalarining kuchidan yuqori bo'lgan lazer qurilmalari ishlab chiqilgan.
Lazerlar stomatologning kabinetidan tortib ilmiy fantastika filmlarigacha hamma joyda qo'llaniladi. Lekin ular qanday ishlaydi? Nima uchun lazer ko'rsatkichlari oddiy chiroqdan juda farq qiladi? Nima uchun lazerlar halokatli qurollarni yaratish uchun ishlatilishi mumkin? Va nima uchun lazer qilichlari po'latdan yasalgan hamkasblari kabi xavfli emas? Keling, lazerning tabiati haqida gapiraylik va o'qiganingizdan so'ng siz ...
Lazerlar bizni haligacha hayratda qoldiradigan oddiy narsadir. Ular har kuni stomatologiyada, tatuirovka salonlarida, bosmaxonada va CD pleerlarda qo'llaniladi (ularni eslaysizmi?). Ammo ular ham paydo bo'lib, bizni lazer qilichlari yoki lazerli blasterlarning ko'rinishi bilan hayratda qoldiradilar. Biz ulardan doimo yangi narsalarni kutamiz. Umid qilamizki, yangi turdagi qurol paydo bo'ladi va hamma shunday bo'ladi: "pew-pew-pew!" Ammo biz lazerlar haqida nimani bilamiz? Lazer yorug'likning bir shakli ekanligiga ishonishadi. Ammo bu mutlaqo to'g'ri emas. U lazer texnologiyasidan noyob ilovalarda foydalanish imkonini beruvchi monoxromatik va kogerent xususiyatlarga ega. Oddiy lampochkalar va chiroqlar ushbu jang maydonidagi lazerlardan sezilarli darajada past.
Atom tuzilishi
Lazerlar qanday ishlashini tushunish uchun avvalo atomga qarashimiz kerak. Siz bilan aloqada bo'lgan hamma narsa: siz o'tirgan stul, siz nafas olayotgan havo, hatto tanamiz - hamma narsa atomlar deb ataladigan kichik zarralardan iborat. Agar elementlarning davriy jadvaliga nazar tashlasak, bugungi kunda mavjud bo'lgan yuzga yaqin turli turdagi atomlarni ko'ramiz. Turli xil materiallar ushbu elementlarning turli kombinatsiyalaridan iborat.
Har bir atom yadro (proton va neytronlardan iborat) va yadro atrofida doimiy harakatda bo'lgan elektronlar to'plamini o'z ichiga oladi. Atomlar doimiy energiyaga ega bo'lib, ular tashqi tomondan qayta zaryadlanishi shart emas. Yadroga yaqinroq boʻlgan elektronlar ragʻbatlantirilishi mumkin, bu esa atomning “hayajonlanishiga” olib keladi (70-yillarning erotikasiga oʻxshaydi).
Rahmat kvant mexanikasi Biz bilamizki, bunday atom diskret, aniq belgilangan orbitalarga aylana olmaydi. Ammo agar siz energiyani yorug'lik yoki issiqlik shaklida olsangiz, u osongina yuqori energiya holatiga aylanishi mumkin. Bu haddan tashqari hayajonlangan elektronlarning barchasi dam olishga qaror qilganda, ular pastki qismdagi qo'shnilari bilan birlashishi mumkin energiya darajalari atom fotonlar va yorug'lik nurlari shaklida energiya chiqaradi. Elektronlarning boshlang'ich va oxirgi orbitalari orasidagi farq fotonning chiqarilgan energiyasini aniqlaydi, bu esa o'z navbatida chiqarilgan yorug'likning to'lqin uzunligi va rangini aniqlaydi.
Lazer nima va u qanday ishlaydi?
Agar siz fizika darsining orqasida o'tirmagan bo'lsangiz, "lazer" so'zi qisqartma bo'lib, "rag'batlantirilgan nurlanish emissiyasi orqali yorug'likni kuchaytirish" degan ma'noni anglatadi. Ushbu transkriptdagi kalit so'z "majburiy". Bu lazerlarni boshqalardan ajratib turadi oddiy shakllar Sveta. Muntazam chiroqni yoqsangiz, yorug'lik tasodifiy yo'llar bo'ylab barcha yo'nalishlarda tarqalib, uning tarqalishiga va nisbatan zaiflashishiga olib keladi. Keling, nuri "majburiy" va "muvofiqlashtirilgan" bo'lgan lazerni olaylik - fotonlar bir xil va bir xil yo'nalishda harakat qiladi. Natijada, biz torroq, ammo kuchliroq yorug'lik nurini olamiz.
Lekin qanday qilib fotonlarni bunday qat'iy qoidalarga rioya qilish kerak?
Keling, atom haqidagi rasmimizga qaytaylik. Elektron hayajonlangan energiya holatidan dam olish holatiga o'tganda, chiqarilgan foton ma'lum miqdorda energiyaga ega bo'ladi. Fotonning energiyasi atomning asosiy va qo'zg'aluvchan holatlari o'rtasidagi energiya farqiga teng. Agar yangi chiqarilgan foton bir xil qo'zg'atilgan energiya holatida bo'lgan boshqa elektron bilan to'qnashsa, u (elektron) fotonning xususiyatlarini - energiyasini (rangini) va fazasini (nisbiy pozitsiyasini) oladi.
Agar sizda hayajonlangan holatda bo'lgan elektronlar etarli bo'lsa, unda birinchi foton stimulyatsiya qilingan emissiya zanjiri reaktsiyasini boshlashi mumkin. Agar ko'proq fotonlar bo'lsa, elektronlar o'zlarining odatiy energiya holatlariga qaytishni boshlaydilar, bu esa yangi fotonlarni chiqaradi, bu esa o'z navbatida yanada ko'proq fotonlarning emissiyasini rag'batlantiradi. Oxir oqibat, bu chiqarilgan yorug'lik doimiy energiya va doimiy to'lqin uzunligiga ega bo'ladi. Bunday to'lqinning yorug'ligi monoxromatik deb ataladi.
Ya'ni, fotonlarning zanjirli reaktsiyasi lazerlar ustida ishlaydi. Bundan tashqari, elektronlar bilan pompalanish kuchli yorug'lik yoki elektr impulsi yordamida sodir bo'ladi. Birinchi fotonlar chiqarilgandan so'ng, lazerlar ikkita ko'zgu tufayli bu fotonlarni aks ettiradi, bu yorug'likning ishchi suyuqlik orqali oldinga va orqaga harakatini rag'batlantiradi. Umuman olganda, lazerda fotonlarning haqiqiy orgiyasi sodir bo'ladi.
Lazer qo'llanma yulduzlar
Lazerlarning maqsadli tabiati ularni aniq, to'g'ri chiziqlar kerak bo'lganda ideal kesish asboblari qiladi. Bu talab ko'pincha qachon paydo bo'ladi haqida gapiramiz inson tanasi haqida, xoh u ko'rishni yaxshilash uchun shox pardani kesish, zarbni olib tashlash yoki maydalangan tishni to'g'rilash.
Biroq, biz ko'rayotgan lazerdan eng zo'r foydalanish astronomiyadir. Astronomlar yulduz kabi uzoqdagi ob'ektga teleskoplar orqali qaraganlarida, biz ko'rgan yorug'lik Yerning turbulent atmosferasidan o'tayotganda buziladi. Ba'zan ma'lumotlarni ochish shunchalik qiyinki, buzilish yulduzning xususiyatimi yoki oddiygina Yer atmosferasi orqali ko'rish effekti ekanligini aniqlashning iloji yo'q.
Ushbu muammoni hal qilishning bir usuli - adaptiv optika: astronomlar tadqiqot ob'ektini kuzatadilar va shu bilan birga juda yorqin ob'ektni, odatda bizga eng yaqin yulduzni belgilaydilar. Olimlar taqqoslash ob'ektidan nimani kutish kerakligini allaqachon bilishganligi sababli, ular atmosferadagi xatolarni hisobga olmaganda, aslida ko'rgan tasvirga qarashadi. Olingan atmosfera modeli keyinchalik nishonni kuzatishda atmosferaning ta'sirini qoplash uchun real vaqt rejimida teleskop optikasini moslashtirish uchun ishlatiladi.
Ammo bu usul mavjud katta muammo. Yaxshi va yorqin taqqoslash ob'ekti har doim ham qo'lda emas. Osmonda mos keladigan hech narsa bo'lmaganida, astronomlar to'g'ridan-to'g'ri osmonga otilgan lazer nurlari yordamida o'zlarining "yulduzlarini" yaratadilar. Ya'ni, bugungi kunda olimlar lazerli yo'l ko'rsatuvchi yulduzni kerakli joyda yaratishi mumkin. Tasavvur qiling-a, har qanday chiroq qilichidan ancha salqinroq, shunday emasmi?
Doktor Sabrina Steerwaltdan moslashtirilgan
2/2 sahifa
IN maqola ko‘rib chiqilmoqda tamoyili harakatlar va qurilma zamonaviy lazer printerlar. U ochadi seriya maqolalar, bag'ishlangan tamoyillari va muammolar lazer taxtalar.
Zamonaviy lazer printerlari (shuningdek, matritsali va inkjet printerlar) yordamida olingan tasvir nuqtalardan iborat. Bu nuqtalar qanchalik kichikroq va ular qanchalik tez-tez joylashgan bo'lsa, tasvir sifati shunchalik yuqori bo'ladi. Printer 1 dyuymli (25,4 mm) bo‘lakda alohida chop etishi mumkin bo‘lgan maksimal nuqtalar soni rezolyutsiya deb ataladi va bir dyuymdagi nuqtalar bilan tavsiflanadi va o‘lchamlari 1200 dpi yoki undan ko‘p bo‘lishi mumkin. 300 dpi o'lchamli lazer printerda chop etilgan matnning sifati taxminan tipografik bilan bir xil. Biroq, agar sahifada gradatsiyalarni o'z ichiga olgan grafikalar mavjud bo'lsa kulrang, keyin yuqori sifatli grafik tasvirni olish uchun sizga kamida 600 dpi ruxsat kerak bo'ladi. 1200 dpi printer ruxsati bilan chop etish deyarli fotografik sifatga ega. Agar siz ko'p miqdordagi hujjatlarni chop etishingiz kerak bo'lsa (masalan, kuniga 40 varaqdan ortiq), lazer printer yagona oqilona tanlov bo'lib tuyuladi, chunki zamonaviy shaxsiy lazer printerlari uchun standart parametrlar 600 dpi ruxsat va chop etish tezligi daqiqada 8...1 2 sahifa.
LAZER PRINTERNING ISHLATISH PRINSIBI
Lazerli printer birinchi marta Hewlett Packard tomonidan taqdim etilgan. U tasvirlarni yaratishning elektrografik printsipidan foydalangan - xuddi fotokopi mashinasida bo'lgani kabi. Farqi ta'sir qilish usulida edi: fotokopilarda bu chiroq yordamida sodir bo'ladi va lazer printerlarida chiroq nuri lazer nurini almashtirdi.
Lazerli printerning yuragi organik foto o'tkazgich bo'lib, ko'pincha bosma baraban yoki oddiygina baraban deb ataladi. U tasvirlarni qog'ozga o'tkazish uchun ishlatiladi. Tasvir baraban metall silindr, fotosensitiv yarimo'tkazgichning nozik bir plyonkasi bilan qoplangan. Bunday silindrning yuzasi musbat yoki manfiy zaryad bilan ta'minlanishi mumkin, bu esa baraban yoritilguncha qoladi. Agar barabanning biron bir qismi ochiq bo'lsa, qoplama o'tkazuvchan bo'ladi va zaryad yoritilgan maydondan uzoqlashib, zaryadsiz zonani hosil qiladi. Bu - asosiy moment lazer printerining ishlash printsipini tushunishda.
Printerning yana bir muhim qismi - bu lazer va lazer nurini baraban yuzasi bo'ylab harakatlantiruvchi nometall va linzalarning optik-mexanik tizimi. Kichik o'lchamli lazer juda nozik yorug'lik nurini hosil qiladi. Aylanadigan nometalllardan (odatda tetraedral yoki olti burchakli) aks ettirilgan bu nur fotobaraban sirtini yoritadi, uning zaryadini ta'sir qilish nuqtasida olib tashlaydi.
Spot tasvirni olish uchun lazer nazorat mikrokontrolleri yordamida yoqiladi va o'chiriladi. Aylanadigan oyna nurni fotobaraban yuzasida yashirin tasvir chizig'iga aylantiradi.
Chiziq hosil bo'lgandan so'ng, keyingisini hosil qilish uchun maxsus step motor barabanni aylantiradi. Ushbu ofset printerning vertikal ruxsatiga mos keladi va odatda 1/300 yoki 1/600 dyuymni tashkil qiladi. Barabanda yashirin tasvirni hosil qilish jarayoni televizor monitor ekranida rastr hosil bo'lishini eslatadi.
Fotosilindr yuzasini dastlabki (birlamchi) zaryadlashning ikkita asosiy usuli qo'llaniladi:
Ø "korona sim" deb ataladigan ingichka sim yoki to'r yordamida. Telga qo'llaniladigan yuqori kuchlanish uning atrofida toj deb ataladigan porlab turgan ionlashtirilgan maydon hosil qiladi va barabanga kerakli statik zaryadni beradi;
Ø oldindan zaryadlangan kauchuk rolik (PCR) yordamida.
Shunday qilib, barabanda statik zaryadsizlangan nuqtalar ko'rinishidagi ko'rinmas tasvir hosil bo'ladi. Keyingisi nima?
QURILMAKATRIDJ
Tasvirni qog'ozga o'tkazish va o'rnatish jarayoni haqida gapirishdan oldin, Hewlett Packard kompaniyasining Laser Jet 5L printeri uchun kartrij qurilmasini ko'rib chiqaylik. Ushbu odatiy kartrij ikkita asosiy bo'limga ega: chiqindi toner bo'limi va toner bo'limi.
Asosiy strukturaviy elementlar chiqindi toner bo'linmalari:
1 - Tasvir baraban(Organik foto o'tkazgich (OPC) baraban). Bu lazer nurlari tomonidan yaratilgan tasvirni saqlab qolishga qodir bo'lgan organik fotosensitiv va fotoo'tkazuvchan material (odatda sink oksidi) bilan qoplangan alyuminiy silindr;
2 - Mil asosiy zaryad(Birlamchi zaryadlovchi rolik (PCR)). Barabanga bir xil manfiy zaryad beradi. Metall milga qo'llaniladigan Supero'tkazuvchilar kauchuk yoki ko'pikli asosdan tayyorlangan;
3 - « Viper» , silgi, tozalash pichoq(tozalovchi pichoq, tozalash pichog'i). Barabanni qog'ozga o'tkazilmagan qolgan tonerdan tozalaydi. Strukturaviy ravishda shaklda qilingan metall ramka oxirida poliuretan plastinka (pichoq) bilan (shtamplash);
4 - Pichoq tozalash (Qayta tiklash Pichoq). Baraban va chiqindi toner qutisi orasidagi maydonni qoplaydi. Qayta tiklash pichog'i barabanda qolgan tonerni bunkerga o'tkazadi va uning teskari yo'nalishda (bunkerdan qog'ozga) to'kilishini oldini oladi.
Toner bo'linmasining asosiy tarkibiy elementlari:
1 - Magnit mil(Magnit ishlab chiqaruvchi rolik, Mag rolik, ishlab chiquvchi rolik). Bu metall naycha bo'lib, uning ichida statsionar magnit yadro mavjud. Toner magnit milga tortiladi, u barabanga berilishidan oldin to'g'ridan-to'g'ri yoki o'zgaruvchan kuchlanish ta'sirida manfiy zaryad oladi;
2 - « Doktor» (Doktor pichog'i, o'lchash pichog'i). Magnit rolikdagi yupqa toner qatlamining bir tekis taqsimlanishini ta'minlaydi. Strukturaviy ravishda, u oxirida egiluvchan plastinka (pichoq) bilan metall ramka (shtamplash) shaklida amalga oshiriladi;
3 - Muhrlash pichoq magnit mil(Mag Rolik Muhrlash Pichoq). Qayta tiklash pichog'iga o'xshash nozik plastinka. Magnit rolik va toner ta'minot bo'limi orasidagi maydonni qoplaydi. Mag Roller Sealing Blade magnit rolikda qolgan tonerni bo'limga oqib o'tishiga imkon beradi, bu esa tonerning orqaga oqishi oldini oladi;
4 - Bunker Uchun toner (Toner Suv ombori). Uning ichida "ishchi" toner mavjud bo'lib, u bosib chiqarish jarayonida qog'ozga o'tkaziladi. Bundan tashqari, bunkerga toner faollashtiruvchisi (Toner Agitator Bar) o'rnatilgan - tonerni aralashtirish uchun mo'ljallangan simli ramka;
5 - Muhr, tekshirish (Muhr). Yangi (yoki qayta tiklangan) kartridjda toner idishi kartridjni tashish paytida tonerning to'kilmasligini oldini oluvchi maxsus muhr bilan yopiladi. Ishlatishdan oldin bu muhr olib tashlanadi.
LAZER BOSISH PRINSIBI
Rasmda kartrijning kesma qismi ko'rsatilgan. Printer yoqilganda, kartrijning barcha komponentlari harakatlana boshlaydi: kartrij chop etishga tayyorlanadi. Bu jarayon bosib chiqarish jarayoniga o'xshaydi, lekin lazer nuri yoqilmaydi. Keyin kartrij komponentlarining harakati to'xtaydi - printer chop etishga tayyor holatga o'tadi.
Hujjat chop etish uchun yuborilgandan so'ng, lazerli printer kartridjida quyidagi jarayonlar sodir bo'ladi:
Zaryadlovchi baraban. Birlamchi zaryadlovchi rolik (PCR) manfiy zaryadni aylanuvchi baraban yuzasiga bir xilda uzatadi.
Ko'rgazma. Barabanning salbiy zaryadlangan yuzasi lazer nuriga faqat toner qo'llaniladigan joylarda ta'sir qiladi. Yorug'lik ta'sirida barabanning fotosensitiv yuzasi qisman manfiy zaryadini yo'qotadi. Shunday qilib, lazer barabanga zaiflashtirilgan manfiy zaryadli nuqtalar ko'rinishidagi yashirin tasvirni ochib beradi.
Ilova toner. Ushbu bosqichda barabandagi yashirin tasvir toner yordamida ko'rinadigan tasvirga aylantiriladi va u qog'ozga o'tkaziladi. Magnit rolik yaqinida joylashgan toner, rolikning yadrosi yasalgan doimiy magnit maydonining ta'siri ostida uning yuzasiga tortiladi. Magnit rolik aylanganda, toner o'tib ketadi tor bo'shliq, "shifokor" va mil tomonidan tashkil etilgan. Natijada, u manfiy zaryad oladi va barabanning ochiq bo'lgan joylariga yopishadi. "Doktor" magnit rolikga tonerning bir xilda qo'llanilishini ta'minlaydi.
Transfer toner yoqilgan qog'oz. Aylanishni davom ettirgan holda, ishlab chiqilgan tasvirga ega baraban qog'oz bilan aloqa qiladi. BILAN teskari tomon qog'oz musbat zaryadga ega bo'lgan Transfer rolikiga bosiladi. Natijada, salbiy zaryadlangan toner zarralari qog'ozga tortiladi, bu esa toner bilan "sochilgan" tasvirni hosil qiladi.
Mustahkamlash Tasvirlar. O'rnatilmagan tasvirga ega qog'oz varag'i mahkamlash mexanizmiga o'tkaziladi, u ikkita aloqa o'qidan iborat bo'lib, ular orasida qog'oz tortiladi. Pastki bosim roligi uni yuqori termoyadroviy rolikga bosadi. Yuqori rolik isitiladi va unga tegsa, toner zarralari erib, qog'ozga yopishadi.
Tozalash baraban. Ba'zi toner qog'ozga o'tmaydi va barabanda qoladi, shuning uchun uni tozalash kerak. Bu funktsiyani "ilon" bajaradi. Barabanda qolgan barcha toner tozalagich orqali chiqindi toner qutisiga olib tashlanadi. Shu bilan birga, Recovery Blade baraban va bunker orasidagi maydonni qoplaydi va toner qog'ozga to'kilmasligini oldini oladi.
"O'chirish" Tasvirlar. Ushbu bosqichda lazer nurlari tomonidan yaratilgan yashirin tasvir baraban yuzasidan "o'chiriladi". Birlamchi zaryad milidan foydalanib, fotobaraban yuzasi bir tekisda salbiy zaryad bilan "qoplanadi" va u yorug'lik ta'sirida qisman olib tashlangan joylarda tiklanadi.
