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激光雕刻机的原理及使用 激光雕刻机的原理及使用 • 第一章 绪论 • 第二章 激光雕刻机中激光产生的原理 • 第三章 激光雕刻机的结构及雕刻原理 • 第四章 激光雕刻机的使用及注意事项 • 第五章 激光雕刻机的应用范围及优点 • 第六章 激光雕刻机与其他机器的比较 第一章 绪论 • 激光自1960年问世后, 很快在生产中得到应用 。其后, 随着对有关基本理论研究的不断深化 。各类激光器件不断 地发展, 使其应用领域也不断拓宽, 应用规模逐渐扩大, 所获得的社会效益和经济效益更加显著。 • 作为高科技之一 的激光技术, 是20世纪科学技术发展 的重要标志和现代信息社会光电子技术重要支柱之一 。激 光技术不仅受到技术先进国家的高度重视, 而且也受到许 多发展中国家的高度重视, 并给与大量的投入 。20世纪80 年代以来, 在很多国家, 政府都把激光技术列为国家级发 展计划 。例如, 英国的阿维尔几乎阿!, 美国的 激光核聚 变计划. 日本的激光研究五年计划! 等 。这些计划的实施 使激光技术得到迅速发展, 且已经形成了一个生机勃勃的 新兴产业 。与此同时, 激光技术的发展大大促进了多种技 术、学科、多种生产水平的进步和提高, 影响之大,举世 瞩目。 第二章 激光雕刻机中激光产生的原理 • 2 . 1 普通光源的发光 — — 受激吸收和自发辐射 • 在通常热平衡条件下 ， 处于高能级E2上的原子数密度 N2 ， 远比处于低能级的原子数密度低 ， 这是因为处于能级 E的原子数密度N的大小时随能级E的增加而指数减小 ， 即N ∝ exp (-E/kT) ， 这是著名的波耳兹曼分布规律 。于是在上、 下两个能级上的原子数密度比为N2/N1 ∝ exp {- (E2-E1)/kT} 式中k为波耳兹曼常量 ， T为绝对温度 。 因为E2E1 ， 所以 N2《N1 。例如 ， 已知氢原子基态能量为E1 ＝－13.6eV ， 第 一激发态能量为E2=-3.4eV ， 在20℃时 ， kT≈0.025eV ， 则 N2/N1 ∝ exp（ －400） ≈0 可见 ， 在20℃时 ， 全部氢原子 几乎都处于基态 ， 要使原子发光 ， 必须外界提供能量使原 子到达激发态 ， 所以普通广义的发光是包含了受激吸收和 自发辐射两个过程。 • 2 .2 受激辐射和光的放大 • 电子从高能态向低能态跃迁时只能发生在l（角动量 量子数） 量子数相差±1的两个状态之间 ， 这就是一种选 择规则 。如果选择规则不满足 ， 则跃迁的几率很小 ， 甚至 接近零 。在原子中可能存在这样一些能级 ， 一旦电子被激 发到这种能级上时 ， 由于不满足跃迁的选择规则 ， 可使它 在这种能级上的寿命很长 ， 不易发生自发跃迁到低能级上。 这种能级称为亚稳态能级 。但是 ， 在外加光的诱发和刺激 下可以使其迅速跃迁到低能级 ， 并放出光子 。这种过程是 被“激 ”出来的 ， 故称受激辐射 。入射一个光子 ， 就会出 射两个完全相同的光子 。这意味着原来光信号被放大这种 在受激过程中产生并被放大的光 ， 就是激光。 • 2 .3粒子数反转 • 一个诱发光子不仅能引起受激辐射 ， 而且它也能引起 受激吸收 ， 所以只有当处在高能级地原子数目比处在低能 级的还多时 ， 受激辐射跃迁才能超过受激吸收 ， 而占优势。 由此可见 ， 为使光源发射激光 ， 而不是发出普通光的关键 是发光原子处在高能级的数目比低能级上的多 ， 这种情况， 称为粒子数反转 。但在热平衡条件下 ， 原子几乎都处于最 低能级（基态） 。 因此 ， 如何从技术上实现粒子数反转则 是产生激光的必要条件。 第三章 激光雕刻机的结构及雕刻原理 • 3. 1激光雕刻机的结构 • 包括激光器、和其输出光路上的气体喷头 ， 所说气体 喷头的一端为窗口、另一端为与激光器光路同轴的喷口， 气体喷头的侧面连接有气管 ， 特别是所说气管与空气或氧 气源相连接 ， 所说空气或氧气源的压力为0． 1～0． 3MPa， 所说喷口的内壁为圆柱状 ， 其直径为1． 2～3mm、长度为1~ 8mm； 所述的氧气源中的氧气占其总体积的60％ ， 所述的 激光器和气体喷头间的光路上置有反射镜 。它能提高雕刻 的效率 ， 使被雕刻处的表面光滑、 圆润 ， 迅速地降低被雕 刻的非金属材料的温度 ， 减少被雕刻物的形变和内应力； 可广泛地用于对各种非金属材料进行精细