Công nghệ laser trong cơ khí chế tạo - Chương 3

Công nghệ LASER 3.1 Mở đầu LASER - nguồn năng l-ợng mới trong ngành gia công các loại vật liệu Ngày nay gia công kim loại bằng các chùm tia có nguồn nhiệt tập trung đã đ-ợc sử dụng khá phổ biến. Có thể liệt kê các ph-ơng pháp đó là : gia công bằng các chùm tia Plasma, gia công bằng tia lữa điện, gia công bằng chùm tia điện tử, gia công bằng chùm tia laser.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Công nghệ laser trong cơ khí chế tạo - Chương 3 Ch−¬ng 3 : C«ng nghÖ LASER 3.1 Më ®Çu LASER - nguån n¨ng l−îng míi trong ngµnh gia c«ng c¸c lo¹i vËt liÖu Ngµy nay gia c«ng kim lo¹i b»ng c¸c chïm tia cã nguån nhiÖt tËp trung ®· ®−îc sö dông kh¸ phæ biÕn. Cã thÓ liÖt kª c¸c ph−¬ng ph¸p ®ã lµ : gia c«ng b»ng c¸c chïm tia Plasma, gia c«ng b»ng tia l÷a ®iÖn, gia c«ng b»ng chïm tia ®iÖn tö, gia c«ng b»ng chïm tia laser. Trong ®ã gia c«ng b»ng chïm tia laser ®−îc øng dông rÊt nhiÒu trong c«ng nghÖ hiÖn ®¹i. Laser lµ nguån sãng ®iÖn tõ tr−êng cña bøc x¹ trong vïng cùc tÝm (tö ngo¹i), trong vïng ¸nh s¸ng nh×n thÊy ®−îc vµ vïng tia hång ngo¹i. §Æc tr−ng cña c¸c nguån n¨ng l−îng nµy lµ møc ®é ®¬n s¾c vµ ®é tËp trung cao . ChÝnh v× thÕ mµ mËt ®é nguån nhiÖt t¹i vïng gia c«ng rÊt tËp trung vµ rÊt cao. Tõ nh÷ng n¨m 1960 ng−êi ta ®· b¾t ®Çu nghiªn cøu øng dông laser trong c«ng nghÖ gia c«ng kim lo¹i vµ c¸c vËt liÖu kh¸c. Laser c«ng suÊt nhá ®−îc øng dông cho hµn, c¾t vµ mét sè c«ng nghÖ gia c«ng kh¸c víi kim lo¹i cã chiÒu dµy bÐ. Laser - Nguån n¨ng luîng tuy míi xu¸t hiÖn vµo nh÷ng n¨m 60 nh−ng cã nhiÒu −u viÖt nªn ®· ®−îc øng dông nhiÒu trong c¸c lÜnh vùc khoa häc c«ng nghÖ, trong y tÕ, trong kü thuËt qu©n sù, th«ng tin liªn l¹c, kü thuËt ¶nh,.... Laser - TiÕng Anh cã nghi· lµ : Light amplification by the Stimulated Emission of Radiaction (Cã nghÜa lµ khuyÕch ®¹i ¸nh s¸ng b»ng c¶m øng). Thùc chÊt cña qu¸ tr×nh ®ã cã thÓ lý gi¶i nh− sau : Theo ThuyÕt vÒ nguyªn tö cña Bo th× sù bøc x¹ cña c¸c v¹ch quang phæ lµ do c¸c ®iÖn tö chuyÓn ®éng tõ møc n¨ng l−îng nµy sang møc n¨ng l−îng kh¸c . Mçi lÇn thay ®æi møc n¨ng l−îng c¸c nguyªn tö sÏ bøc x¹ mét l−îng tö n¨ng l−îng: ε =hν Trong ®ã h - H»ng sè Pl¨ng; ν - tÇn sè cña ¸nh s¸ng; 25 Wk Bøc x¹ n¨ng HÊp thô l−îng n¨ng l−îng Wi H×nh 3.1 S¬ ®å m« t¶ qu¸ tr×nh h¸p thô vµ bøc x¹ Wk - Møc n¨ng l−îng ë quü ®¹o k; Wi - Møc n¨ng l−îng ë quü ®¹o i B−íc chuyÓn ®iÖn tö tõ i vÒ k øng v¬Ý sù hÊp thô n¨ng l−îng; B−íc chuyÓn ®iÖn tö tõ k vÒ i øng v¬Ý sù bøc x¹ ; The Anh -Stanh th× b−íc chuyÓn tï K vÒ i gåm 2 lo¹i : • B−íc chuyÓn tù ph¸t. Lo¹i nµy cã c«ng suÊt bøc x¹ nhá kh«ng cã t¸c dông trong c¸c m¸y ph¸t l−îng tö. • B−íc chuyÓn c¶m øng : B−íc chuyÓn nµy chÞu ¶nh h−ëng cña bøc x¹ bªn ν ki. ngoµi cã tÇn sè Ng−êi ta ®· chøng minh ®−îc r»ng muèn cã mét m«i tr−êng cã kh¶ n¨ng khuyÕch ®¹i ¸nh s¸ng th× mËt ®é nguyªn tö ë møc n¨ng l−îng cao ph¶i lín h¬n mËt ®é nguyªn tö ë møc n¨ng l−îng thÊp. Lóc ®ã, sÏ cã sù ®¶o lén vÒ mËt ®é nguyªn tö trªn c¸c møc n¨ng l−îng (t¹o nghÞch ®¶o ®é tÝch luü). Ng−êi ta sö dông mét trong ph−¬ng ph¸p t¹o ra kh¶ n¨ng ®ã lµ ph−¬ng ph¸p b¬m quang häc. Trong laser khÝ ng−êi ta sö dông hiÖu øng va ch¹m gi÷a c¸c nguyªn tö hoÆc ph©n tö ®Ó t¹o nghÞch ®¶o ®é tÝch luü; trong laserphaan tö ng−êi ta sö dông ph−¬ng ph¸p ph©n r· ph©n tö; ... 3.2 Mét sè ph−¬ng ph¸p t¹o nghÞch ®·o ®é tÝch luü Gi¶ sö m«i tr−êng ta ®ang xÐt cã 3 møc n¨ng l−îng W1, W2, W3. Khi cã t¸c ν13, dông cña ¸nh s¸ng tÇn sè nguyªn tö sÏ chuyÓn tõ møc W1 lªn W3, lóc nµy W2 ch−a cã nguyªn tö nµo c¶ nªn ta cã sù chªnh lÖch lín gi÷a 2 møc W3 vµ W2 vµ nguyªn tö chuyÓn ®éng vÒ W2 vµ cã ®−îc bøc x¹ c¶m øng : 26 W3 Bøc x¹ laser ν32 W2 ν13 W1 H×nh 3.2 S¬ ®å m« t¶ ph−¬ng ph¸p b¬m quang häc 3 møc kiÓu 1 [1] ν −ν ν 32 = 3 2 h Sau ®ã nguyªn tö ë møc W2 sÏ chuyÔn vÒ møc W1. Qu¸ tr×nh nµy cÇn ph¶i ν32 vµ lµm gi¶m nhanh v× nÕu kh«ng th× c¸c nguyªn tö møc W2 sÏ hÊp thô bøc x¹ sù khuyÕch ®¹i khi cho bøc x¹ cã tÇn sè ν32 ®i qua. Nãi mét c¸ch kh¸c s¬ ®å 3 møc nh− kiÓu ®ang xÐt ë trªn cã thÓ lµm viÖc ®−îc khi cã sù tÝch tho¸t gi÷a møc W2 vµ W1 tiÕn hµnh nhanh h¬n gi÷a møc W3 vµ W2 Tr−êng hîp tÝch tho¸t gi÷a møc W2 vµ W1 x¶y ra chËm h¬n gi÷a møc W3 vµ W2 th× c¸c nguyªn tö sÏ tËp trung trªn møc W2 ®Õn mét lóc nµo ®ã sè nguyªn tö ë møc W2 sÏ nhiÒu h¬n sè nguyªn tö ë møc W1, lóc ®ã ta sÏ ®−îc khuyÕch ®¹i ν 21 ( H×nh 3..3 ) . ¸nh ...