Hívjon minket: +36 20/942-9553, +36 1 433-3985
A lézergravírozás technológiájáról
A lézersugárról
A lézer, – angolul a L A S E R – betűszó jelentése: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, – magyarul fényerősítés indukált emisszióval, – vagyis a ma már elterjedten használt kifejezés egy fizikai jelenség létrejöttére utal.
Einstein 1917-ben leírta, hogy, a fénysugár egy közegen való áthaladásakor nem csak gyengülhet, hanem bizonyos körülmények között erősödhet is. Az első lézerre, – mely a rubinlézer volt, – 1960-ig kellett várni, Theodore H. Maiman fejlesztette ki.
Ez a rubinlézer a következőképpen nézett ki: egy krómmal (Cr) szennyezett alumíniumoxid (Al2O3) rúd két végére tükröket erősítettek, melyek közül az egyik teljesen visszaverő, a másik kismértékben áteresztő volt. A kristályt, ami az erősítő közeg volt, villanócsővel vették körül, ami az optikai pumpa szerepét töltötte be.
Amikor a villanócső fel-felvillant, akkor a belőle kilépő fotonok közül azok, melyek beléptek a kristályba, annak az atomjai körül keringő elektronokat az atommagtól távolabb, magasabb energiaszintű elektronpályára kényszerítették. Ez azért lehetséges, mert a foton az elektron potenciális energiájává válik, miközben elnyelődik, – abszorpció, – gerjesztve ezzel az atomot.
Az elektronok azonban nem képesek ezen az instabil elektronpályán maradni, visszatérnek az energiaminimum által meghatározott alapállapotba, miközben egy fotont bocsátanak ki, melynek energiája pontosan a gerjesztett és az alapállapot közötti energiaszint különbsége. Ezt nevezzük spontán emissziónak. A kibocsátott foton hullámhossza az adott anyagtól függ.
Természetesen a villanócső villanása következtében nem csak egy atom gerjesztődik, hanem nagyon sok. Amikor egy atom spontán emisszió következtében legerjed és a belőle kilépő foton elhalad egy másik atom mellett, amelyik éppen gerjesztett, akkor azt az atomot is legerjedésre kényszeríti. Ezt nevezzük indukált emissziónak. Ez a jelenség azért is jelentős, mert az így keletkezett foton terjedési iránya, hullámhossza polarizációja és fázisa megegyezik az indukált emissziót kiváltó fotonéval.
Ha egyszerre sok atomot tudunk gerjeszteni, – ezért alkalmazták a villanócsövet, – akkor sok spontán emisszió, és ennek következtében még több abszorpció általi gerjesztés és indukált emisszió történhet.
A spontán emisszió útján keletkezett fotonok közül azok, amelyeknek a terjedési iránya a kristály két végére szerelt tükrökre merőleges, a kristály hosszában ide-oda verődve lavinahatást idéznek elő, hiszen a villanócső által gerjesztett atomokat indukált emisszió útján legerjesztve még több és több fotont hoznak létre, melyek újabb és újabb indukált emissziót váltanak ki.
Amikor egy közegben több a gerjesztett atom, mint az alapállapotban lévő, akkor populáció inverzióról beszélünk, a közeget pedig erősítő közegnek nevezzük. Persze ehhez az is kell, hogy a villanócső villanása elég hosszú legyen, és nagyon sok atomot gerjesszen megteremtve ezzel a spontán emissziók által beinduló indukált emissziók lavináját.
Egy a spontán emisszió útján keletkezett foton által létrejött energianövekedést számszerűsíthetjük is a következő képlet alapján:
Eki = E0 * eA * L
ahol Eki a kilépő energia, E0 a spontán emisszió útján keletkezett foton energiája, – ami nem más, mint:
E0 = h * f
ahol h a Planck állandó, f a foton frekvenciája, – A a közegre jellemző erősítési tényező, L pedig a bejárt út figyelembe véve a tükrök közötti ide-oda verődést is.
Az indukált emisszió útján felszaporodott fotonok egy része a részben áteresztő tükrön keresztül lép ki. A fentiekből következik, hogy a lézerfény, – ami a részben áteresztő tükrön lép ki:
- Majdnem monokromatikus, hiszen a spontán és végeredményben az indukált emisszió útján keletkezett fotonok hullámhosszát az adott anyag határozza meg.
- Térben és időben koherens, hiszen a fázis állapot is „öröklődik”, és a sugár minden keresztmetszeténél azonos.
- Vékony, nagymértékben párhuzamos sugár, ami a kristály átmérője és a tükrök méretéből adódik, valamint abból, hogy a terjedési irány is „öröklődik”. Ennek következménye, hogy a teljesítmény sűrűség nagyon nagy, hiszen az energia nagyon kis térrészben koncentrálódik.
- Polarizált, mert az indukált emisszió útján létrejött fotonok az azt kiváltó fotonéval megegyező polarizáltságúak.
Időközben sokféle aktív közeggel kísérleteztek, minek eredményeként különböző hullámhosszú, működésmódú, gerjesztési módú, kisugárzott teljesítményű és intenzitású lézer alakult ki.
A lézersugárról
A lézer, – angolul a L A S E R – betűszó jelentése: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, – magyarul fényerősítés indukált emisszióval, – vagyis a ma már elterjedten használt kifejezés egy fizikai jelenség létrejöttére utal.
Einstein 1917-ben leírta, hogy, a fénysugár egy közegen való áthaladásakor nem csak gyengülhet, hanem bizonyos körülmények között erősödhet is. Az első lézerre, – mely a rubinlézer volt, – 1960-ig kellett várni, Theodore H. Maiman fejlesztette ki.
Ez a rubinlézer a következőképpen nézett ki: egy krómmal (Cr) szennyezett alumíniumoxid (Al2O3) rúd két végére tükröket erősítettek, melyek közül az egyik teljesen visszaverő, a másik kismértékben áteresztő volt. A kristályt, ami az erősítő közeg volt, villanócsővel vették körül, ami az optikai pumpa szerepét töltötte be.
Amikor a villanócső fel-felvillant, akkor a belőle kilépő fotonok közül azok, melyek beléptek a kristályba, annak az atomjai körül keringő elektronokat az atommagtól távolabb, magasabb energiaszintű elektronpályára kényszerítették. Ez azért lehetséges, mert a foton az elektron potenciális energiájává válik, miközben elnyelődik, – abszorpció, – gerjesztve ezzel az atomot.
Az elektronok azonban nem képesek ezen az instabil elektronpályán maradni, visszatérnek az energiaminimum által meghatározott alapállapotba, miközben egy fotont bocsátanak ki, melynek energiája pontosan a gerjesztett és az alapállapot közötti energiaszint különbsége. Ezt nevezzük spontán emissziónak. A kibocsátott foton hullámhossza az adott anyagtól függ.
Természetesen a villanócső villanása következtében nem csak egy atom gerjesztődik, hanem nagyon sok. Amikor egy atom spontán emisszió következtében legerjed és a belőle kilépő foton elhalad egy másik atom mellett, amelyik éppen gerjesztett, akkor azt az atomot is legerjedésre kényszeríti. Ezt nevezzük indukált emissziónak. Ez a jelenség azért is jelentős, mert az így keletkezett foton terjedési iránya, hullámhossza polarizációja és fázisa megegyezik az indukált emissziót kiváltó fotonéval.
Ha egyszerre sok atomot tudunk gerjeszteni, – ezért alkalmazták a villanócsövet, – akkor sok spontán emisszió, és ennek következtében még több abszorpció általi gerjesztés és indukált emisszió történhet.
A spontán emisszió útján keletkezett fotonok közül azok, amelyeknek a terjedési iránya a kristály két végére szerelt tükrökre merőleges, a kristály hosszában ide-oda verődve lavinahatást idéznek elő, hiszen a villanócső által gerjesztett atomokat indukált emisszió útján legerjesztve még több és több fotont hoznak létre, melyek újabb és újabb indukált emissziót váltanak ki.
Amikor egy közegben több a gerjesztett atom, mint az alapállapotban lévő, akkor populáció inverzióról beszélünk, a közeget pedig erősítő közegnek nevezzük. Persze ehhez az is kell, hogy a villanócső villanása elég hosszú legyen, és nagyon sok atomot gerjesszen megteremtve ezzel a spontán emissziók által beinduló indukált emissziók lavináját.
Egy a spontán emisszió útján keletkezett foton által létrejött energianövekedést számszerűsíthetjük is a következő képlet alapján:
Eki = E0 * eA * L
ahol Eki a kilépő energia, E0 a spontán emisszió útján keletkezett foton energiája, – ami nem más, mint:
E0 = h * f
ahol h a Planck állandó, f a foton frekvenciája, – A a közegre jellemző erősítési tényező, L pedig a bejárt út figyelembe véve a tükrök közötti ide-oda verődést is.
Az indukált emisszió útján felszaporodott fotonok egy része a részben áteresztő tükrön keresztül lép ki. A fentiekből következik, hogy a lézerfény, – ami a részben áteresztő tükrön lép ki:
- Majdnem monokromatikus, hiszen a spontán és végeredményben az indukált emisszió útján keletkezett fotonok hullámhosszát az adott anyag határozza meg.
- Térben és időben koherens, hiszen a fázis állapot is „öröklődik”, és a sugár minden keresztmetszeténél azonos.
- Vékony, nagymértékben párhuzamos sugár, ami a kristály átmérője és a tükrök méretéből adódik, valamint abból, hogy a terjedési irány is „öröklődik”. Ennek következménye, hogy a teljesítmény sűrűség nagyon nagy, hiszen az energia nagyon kis térrészben koncentrálódik.
- Polarizált, mert az indukált emisszió útján létrejött fotonok az azt kiváltó fotonéval megegyező polarizáltságúak.
Időközben sokféle aktív közeggel kísérleteztek, minek eredményeként különböző hullámhosszú, működésmódú, gerjesztési módú, kisugárzott teljesítményű és intenzitású lézer alakult ki.