Lịch sử của LASER
Từ LASER là viết tắt của Khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ kích thích và tia laser đầu tiên được chế tạo vào năm 1960 bởi Theodore H. Maiman, một kỹ sư và nhà vật lý người Mỹ, người đã nhận được nhiều giải thưởng cho phát minh của mình. Tuy nhiên, chính Elias Snitzer, vào năm 1961, đã trình diễn bộ khuếch đại sợi quang và laser sợi quang đầu tiên. Kể từ đó, công nghệ laser sợi quang chỉ phát triển để đáp ứng nhiều mục đích sử dụng khác nhau trong nhiều lĩnh vực, bao gồm công nghiệp, y học và viễn thông.
Laser hoạt động như thế nào
Đầu tiên, điốt laser từ nguồn điện biến đổi điện thành photon. Vì vậy, về cơ bản, chúng tạo ra ánh sáng, sau đó được bơm vào cáp quang.
Nhưng nếu không được điều khiển bởi một cơ chế cụ thể, ánh sáng sẽ đi theo mọi hướng và chúng ta đã thấy chùm tia laser hẹp và tập trung đến mức nào. Chúng ta sẽ đến đó, nhưng trước tiên chúng ta cần hiểu ánh sáng truyền qua cáp quang như thế nào.
1. Lõi là ống dẫn mà ánh sáng truyền qua. Nó được làm bằng thủy tinh silica và được phủ các nguyên tố đất hiếm (trong trường hợp này là Ytterbium) và có chỉ số khúc xạ cao.
2. Lớp bọc là lớp bao quanh lõi có chiết suất thấp.
3. Lớp phủ là một lớp nhựa dày hơn có tác dụng như một lớp đệm để hấp thụ chấn động và ngăn lõi bị uốn cong.
Tầm quan trọng của khúc xạ
Khi nghĩ về khúc xạ, bạn thường hình dung ánh sáng từ không khí đi vào thủy tinh hoặc nước và thay đổi góc của nó. Điều này xảy ra vì cả thủy tinh và nước đều đặc hơn không khí và có chiết suất cao hơn, do đó ánh sáng truyền đi chậm hơn khi đi qua chúng. Sự thay đổi tốc độ này là nguyên nhân gây ra sự thay đổi góc. Khi ánh sáng thoát ra khỏi môi trường đậm đặc hơn và đi ra ngoài không khí lần nữa, nó tăng tốc độ và góc thay đổi trở lại mức ban đầu, như trong hình:
Vậy khúc xạ có liên quan gì đến cáp quang của chúng ta? Chúng tôi không muốn ánh sáng đi qua tấm ốp và thoát ra ở một góc độ khác. Chúng tôi muốn giữ nó bên trong lõi.
Đây là nơi chúng ta tìm hiểu một chút về vật lý. Theo định luật khúc xạ (Định luật Snell), có một thứ gọi là “góc tới hạn”. Góc tới hạn là góc tới lớn nhất mà khúc xạ vẫn có thể xảy ra trong một môi trường cụ thể. Vì vậy, ánh sáng sẽ chỉ khúc xạ khi góc tới (góc mà ánh sáng chạm vào lớp bọc) nhỏ hơn góc tới hạn.
Nếu góc tới vượt quá góc tới hạn thì tia sáng sẽ bị bẻ cong nhiều đến mức xảy ra hiện tượng gọi là “phản xạ toàn phần”. Phản xạ nội toàn phần có nghĩa là ánh sáng phản xạ trở lại môi trường đầu tiên (lõi), đó chính xác là thứ chúng ta cần. Hình 4 trong sơ đồ bên dưới thể hiện sự phản xạ toàn phần:
Nếu không có lớp bọc, ánh sáng sẽ đi theo mọi hướng và thoát ra khỏi lõi. Nhờ chiết suất của lớp bọc thấp, chiết suất của lõi cao và độ hẹp của cáp nên ánh sáng chiếu vào lớp bọc ở một góc lớn hơn góc tới hạn và dội ngược trở lại, khiến nó truyền qua lớp vỏ. cáp quang.
Ánh sáng được khuếch đại như thế nào?
Hãy nhớ rằng LASER là viết tắt của “Khuếch đại ánh sáng”, đạt được bằng “Phát xạ kích thích”? Chúng ta hãy đi sâu vào cách đạt được sự khuếch đại.
Như chúng tôi đã đề cập trước đó, lõi của sợi được phủ một lớp nguyên tố quý hiếm Ytterbium. Trong vật lý, đây được gọi là sợi “pha tạp”. Khi các hạt từ sợi pha tạp này tương tác với ánh sáng (photon), các electron của chúng bị kích thích, nghĩa là chúng tăng lên mức năng lượng cao hơn. Cuối cùng, các electron giảm trở lại mức ban đầu, nhưng vì năng lượng không bao giờ bị mất nên khi rơi xuống, chúng giải phóng năng lượng dưới dạng photon, tạo ra nhiều (hoặc khuếch đại) ánh sáng hơn.
Nhưng khuếch đại ánh sáng không dừng lại ở đó. Lõi sợi quang cũng có “Lưới sợi quang Bragg” (FBG), nói một cách đơn giản, là một tập hợp các gương cách đều nhau giúp phản chiếu các photon qua lại.
Hầu hết các bước sóng ánh sáng đều được phép đi qua các cách tử, nhưng một bước sóng ánh sáng cụ thể sẽ bị phản xạ trở lại. Vì vậy, bây giờ chúng ta có các photon phản xạ này tham gia vào dòng photon liên tục được bơm bởi điốt trong nguồn. Số lượng photon tăng lên đều chạm vào các hạt bị kích thích, thậm chí còn tạo ra NHIỀU photon hơn để khuếch đại ánh sáng theo cấp số nhân. Kết quả của sự phát xạ kích thích này là chùm tia laser được tạo ra.
Làm thế nào ánh sáng biến thành chùm tia tập trung?
Để tạo ra chùm tia cực kỳ tập trung mà tia laser nổi tiếng này, bạn cần có một thấu kính chuẩn trực. Chuẩn trực là quá trình căn chỉnh ánh sáng sao cho các tia của nó song song và có độ lan truyền tối thiểu. Tùy thuộc vào thấu kính, chùm tia chuẩn trực có thể được hiệu chỉnh theo đường kính cụ thể và tập trung vào một điểm cụ thể. Chùm tia siêu tập trung này sau đó thoát sợi ra ngoài trời và tiếp xúc với tấm kim loại, cắt nó với độ chính xác đặc biệt.
Mỗi loại laser sợi quang chỉ tạo ra một chùm tia có một bước sóng cụ thể, tùy thuộc vào thành phần pha tạp của lõi. Vì lý do này, ánh sáng laser nhìn thấy được là đơn sắc và có thể có màu xanh lam, xanh lục hoặc đỏ. Tuy nhiên, laser sợi quang pha tạp Ytterbium giống như loại dùng để cắt kim loại tạo ra bước sóng từ 1000 đến 1100 nanomet, khiến chúng trở thành gần tia hồng ngoại và do đó, mắt người không thể nhìn thấy được. Vì vậy, khi cắt kim loại bằng laser sợi quang, ánh sáng duy nhất mà mắt có thể nhìn thấy là tia lửa do tia laser tạo ra khi tiếp xúc với kim loại.
Bây giờ bạn đã biết cách hoạt động của laser sợi quang, sẽ dễ hiểu hơn tại sao laser sợi quang đang thay thế laser CO2 trong các cửa hàng cắt kim loại trên toàn thế giới.
—————————————
Được thành lập bởi các kỹ sư có kinh nghiệm trên 10 năm trong ngành gia công tấm với nền tảng kỹ thuật và uy tín cao trên thị trường, Công ty Cổ phần Giải pháp cơ khí VNTECH là đơn vị chuyên cung cấp dịch vụ, máy móc, thiết bị và giải pháp gia công tấm tại Việt Nam.
VNTECH – XÂY DỰNG GIÁ TRỊ VỮNG BỀN
CN Hà Nội: Số 39, ngõ 285 Phúc Lợi, quận Long Biên, Hà Nội
CN Đà Nẵng: Số 20 Nguyễn Sinh Sắc, Hòa Minh, Liên Chiểu, Đà Nẵng
CN HCM: 43 Đường N2, KP Thống Nhất, Dĩ An, Bình Dương
Hotline: 0984.537.333
Mail: sale@vntechcnc.vn
Facebook: https://www.facebook.com/vntechcnc
Website: https://thietbivntech.vn/
Youtube: https://www.youtube.com/@cokhivntech
