مقاله در مورد روشهای ماشین کاری نوین (لیزر)

اختصاصی از فی فوو مقاله در مورد روشهای ماشین کاری نوین (لیزر) دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

 تعداد صفحه45

 مقدمه

ماشینکاری لیزر بر اساس اصولی است که اخیرا کشف شده‌اند لیزر یک نام اختصاری به معنی تقویت نو با انتشار بر انگیخته تابش است. فرآیند به برخورد یک اشعه نور تکرنگ همفاز جهت دار و شدید به قطعه کاری که ماده به وسیله تبخیر از آن خارج می‌شود بستگی دارد. توضیح پدیده اتمی که در ضمیمه ارائه شده مبنای مفیدی برای فراگیری اثرات لیزر است. شناولا و تانز در سال 1958 برای اولین بار لیزر را مطرح کردند. آنها یک تداخل سنج فابری- پرت که مثل یک جعبه تشدید عمل می‌کرد در نظر گرفتند. هماطور که در شکل 105 مشخص است این دستگاه اساسا از دو آینده نیمه نقره اندود موازی و تخت تشکیل شده که در بین آنها یک شعاع نور تکرنگ چندین با بازتابش می‌شود. فضای بین آینده‌ها به یک میحط تقویت کننده، ملکولهای گاز بر انگیخته شده تا سطوح بالاتری انرژی، پر می‌شود. ماکنیزم تقویت در قسمت 305و 405 بحث خواهد شد.

نور پس از بازتابش به وسیله آینه‌ها درون گاز برانگیخته درون گاز بر انگیخته، در جهت موازی به محور تداخل سنج منتشر شده و به این ترتیب نور تقویت می‌شود. البته به شرط اینکه در بازتابشهای فلز آن تغییر نکند. رشد موج نور در محیط با موج رشد یابنده W1 که در شکل 1.5 از آینده M1 به سمت راست حرکت می‌کند نشان داده می‌شود. پس از بازتابش از آینه M2 یک موج رشد یابنده دیگر M2 که در جهت عکس حرکت می‌کند ایجاد می‌شود. آینه M2 نیز کمی جابه جا می‌شود. بنابراین اشعه نوری که از آن منتشر می‌گردد تحت زاویه  نسبت به محور واگرا است.

              (1.5)

قطر آینه است. مثلا اگر  یا 22s قوس خواهد بود.یعنی نور انتشاری کاملا همراستا است. و اگرایی اشعه را می‌توان با استفاده از عدسیهای مناسب کنترل کرد. می‌توان قطر آن را روی سطوح گسترده تری متمرکز کرد. مثلا لیزر یاقوت (قسمت 5.5.4) با لامپ فلاش برانگیخته شده، 1kj انرژی الکتریکی را در 1ms منتشر می‌کند. اشعه لیزری با انرزی 3j در6934A با سطح مقطع 5mm واگرایی 10-3rad تولید شده است. این اشعه در حالت متمرکز شدت توان 1MWcm-2 را ایجاد می‌کند. حداکثر همسویی یا همدوسی فضایی مجموعه اشعه باپراش آینه‌های مورد نظر شاولاو وتانز توجه بیشتری را جلب کرده است. برای دستیابی به اشعه نور کاملا همراستا پدیده‌های فیزیک و مرتبط به انتشار تابش بررسی شدند. ابتدا پدیده معروف نشر خود به خود بررسی می‌شود.

نشر خود به خود تابش

هنگامی که یک اتم در حالت انرژی برانگیخته E1 به سطح انرژی پایین تر E1 می‌افتد یک کوانتم تابش با فرکانس vij منتشر می‌کند

E1- E1=hvij

H ثابت پلانک است.

می توان این اتم را با دریافت تابشی با فرکانس یکسان تحریک کرد تا این تابش را منتشر کند. پدیده تحریک (بر انگیختگی) کمتر از انتشار خود به خود شناخته شده است. با توجه به ارتباط زیاد آن با لیزر باید به این پدریده توجه ویژه ای داشت.

  انتشار القایی

نرخ پرشهای تابش القایی منتاسب با شدت انرژی تابشی uvij و اختلاف جمعیت (تعداد بر واحد حجم) اتمها بین حالتهای بالاتر و پایین تر است. تابش القایی و تابش تحریک کننده دارای مشخصات قطبی و سمتی یکسانی هستند

این فرآیند پایه پدیده لیزری است. از کارهای این اشتاین بر روی واکنش ماده وتابش (به ضمیمه مراجعه کنید) می‌توان اطلاعات بیشتری کسب کرد. او نشان داد که تعریف درست این واکنش نیازمند بررسی شرایط القاء یک اتم براگیخته به وسیله تابش برای نشر فرتون، که باعث پایین آمدن سطح انرژی آن اتم می‌شود، است.

یک سیستم اتمی کمی شده که دارای سطوح، ....1.2.3 و انرژی این سطوحٍٍE3.2 E.E1 است در نظر بگیرید. تعداد اتمها در واحد حجم (جمعیت) در این سطوح .....N1 N2 N3 است. اگر سیستم اتمی یا تابش گرمایی در دمای T در تعادل باشد آنگاه جمعیتهای نسبی در هر دو سطح، مثلا 1و 2، با معادله یولتزمن تعریف می‌شود:

                                  (3.5)

K ثابت بولتزمن است.

اگر آنگاه

اتم با انتشار یک فرتون از سطح 2 به سطح  1 افت می‌کند. اگر A21 احتمال انتقال از سطح 2 به سطح 1 در واحد زمان انتشار القایی باشد. آنگاه تعداد افتهای خود به خود در هر ثاینه N2 A21 خواهد بود. علاوه بر این پرشهای خود به خود، انتقالهای برانگیخته و القایی نیز اتفاق می‌فتد. سرعت کلی این انتقالهای القایی بین سطح 2 و 1 با شدت انرژی uv تابش با فرکانس v متناسب است:

(4.5)

H ثابت پلانک است.

فرض کنیم B21 و B12 ثابتهای تناسب برای انتشار القایی هستند. تعداد انتقالهای القایی یا انتشارها در جهت پایین در ثانیه عبارت است از N2 B21 uv

به طور مشابه تعداد انتقالهای القایی (جذب) در جهت بالا در ثانیه عبارت است از:

(6.5) N1 B21 uv

ثابتهای تناسب Aو B ضرایب این اشتاین نامیده می‌شوند.

در معادله نرخ خالص انتقالها در جهت پایین و بالا برابر هستند. بنابراین:

                (7.5)

این معادله را می‌توان به صورت زیر نوشت:

از معادله 3.5 داریم:

برای اینکه معادله با قانون تابش پلانک (رابطه زیر):

موافقت داشته باشد باید روابط زیر حاکم باشند:

هنگامی که اتمها با تابش گرمایی در تعادل هستند. نسبت سرعتهای انتشار القایی و خود به خود با معادله زیر به دست می‌آید.:

سرعت القایی

با قرار دادن مقادیر h و k و برای منابع نوری معمولی که دمای T حدود 1000k است سرعت انتشار القایی در قسمت قابل رویت طیف بسیار کوچک است. یعنی در این منابع بیشتر تابش بر اساس انتقالها و کنشهای خود به خود منتشر می‌شود و از آنجا که این کار به صورت نامنظم انجام می‌گردد بنابراین منابع تابش قابل رویت ناهمدوس هستند. در مقایسه در لیزر شدت تابش به صورتی است که انتقالهای القایی کاملا غالب بوده و تابش انتشاری بسیار همدوس است. همچنین تابش طیفی لیزر در فرکانس کاری آن بسیار بیشتر از نور معمولی است.برای دستیابی به این ا