Tài liệu Bài thuyết trình "Phương pháp gia công bằng tia laser" pdf

Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm 6
BÀN THUYẾT MINH
CHỦ ĐỀ : PHƯƠNG PHÁP GIA
CÔNG BẰNG TIA LASER
NỘI DUNG
I.Khái Niệm và Các Tia Laser Đầu Tiên
II.Nguên Lý Gia Công
III.Thiết Bị và Dụng Cụ
IV.Thông Số kỹ Thuật và Khả Năng Công Nghệ.
V.Đặc Điểm và Dụng C
Page 1
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm 6
I.KHÁI NIỆM & CÁC TIA LASER ĐẦU TIÊN
I.1.KHÁI NIỆM:
Laser nghĩa là quá trình khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức. Laser được sử
dụng như là một dụng cụ phát ra tia năng lượng tập trung rất mạnh mà trong tương lai gần
trong một số lĩnh vực nào đó, nó là một cuộc cách mạng kỹ thuật trong gia công kim loại.
Hiện tại thì có thể sử dụng thành công trong việc gia công siêu tinh, trong công nghệ hàn
những điểm rất nhỏ và trong luyện kim. Gia công chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt
trong đó tia laser được dùng làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu.
Máy tia laser là máy cắt bằng tia sáng hoạt động theo chế độ xung. Năng lượng xung của
nó không lớn, nhưng nó được hội tụ trong một chùm tia có đường kính khoảng 0.01 mm và
phát ra trong khoảng thời gian một phần triệu giây tác động vào bề mặt chi tiết gia công,
nung nóng, làm chảy và bốc hơi vật liệu. Tia sáng ấy được gọi là tia laze, viết tắt theo tiếng
Anh là LASER (light Amplification Simulated Emission of Radiation) và thường dịch
nghĩa tiếng việt là máy phát lượng tử ánh sáng.
I.2.MỘT SỐ TIA LASER ĐẦU TIÊN:
Tia laser đầu tiên được phát minh vào tháng 5 năm 1960 bởi Maiman. Nó là loại laser
hồng ngọc (rắn). Nhiều loại laser đã được phát minh ngay sau laser hồng ngọc – laser
uranium đầu tiên bởi phòng thí nghiệm IBM (tháng 11 năm 1960), laser khí Helium-Neon
đầu tiên bởi Phòng thí nghiệm Bell vào năm 1961, laser bán dẫn đầu tiên bởi Robert Hall ở

phòng thí nghiệm General Electric năm 1962, laser khí CO2 và Nd:YAG đầu tiên bởi
phòng thí nghiệm Bell năm 1964, laser hóa năm 1965, laser khí kim loại năm 1966,…Điều
này cho thấy nhiều loại có thể tạo ra laser.
Để sử dụng gia công vật liệu, laser phải có đủ năng lượng. Người ta thường dùng các
laser sau để gia công vật liệu: laser CO2, laser Nd-YAG hoặc laser Nd-thủy tinh và laser
excimer. Trong lĩnh vực gia công kim loại thường dùng laser rắn vì công suất chùm tia
tương đối lớn và có kết cấu thuận tiện.
II.NGUYÊN LÝ GIA CÔNG BẰNG CHÙM TIA LASER:
Máy gia công bằng chùm tia laser được chế tạo vào năm 1960, và ngày nay phương pháp
này thực sự có giá trị trong gia công cơ khí.
Từ laser là viết tắt các chữ đầu của các từ “Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation” – Sự khuyết đại ánh sáng bằng bức xạ của chất phóng xạ. Loại vật liệu có thể
Page 2
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm 6
gia công được làm từ tia laser không phụ thuộc vào độ dài sóng. Năng lượng của chùm tia
laser tập trung vào phần nhỏ của chùm tia laser làm cho phần vật liệu đó bay hơi đi. Máy
gia công bằng tia laser được sử dụng trong khoan, xẻ rãnh, cắt, tạo hình…
Gia công bằng chùm tia laser là quá trình xử lý nhiệt trong đó tia laser được dùng làm
nóng chảy và bốc hơi vật liệu. Nguyên lý hoạt dộng của chùm tia laser được trình bày trên
hình 5.1
Hì
nh 5.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của chùm tia laser
1. Môi trường hoạt tính. 2.Nguồn ánh sáng kích thich.
3. Buồng cộng hưởng quang học.
4. Gương phản xạ toàn phần (độ phản xạ ánh sáng 100%)
5. Gương phản xạ bán phần trong suốt (độ phản xạ ánh sáng 50%).
Trên hình 5.1 có thể thấy một không gian quang học 3. Trong không gian này ở hai
phía là hai kính phản chiếu(4 và 5) và giữa chúng là môi trường hoạt tính 1 (hay thanh
laser), những nguyên tử trong môi trường này bị kích thích bởi đèn số 2 ở trạng thái ổn
định, những proton được phóng ra và hướng vào trục quang họccủa thanh laser. Các proton

này va chạm nhau và tiếp tục phóng ra các proton khác, các proton này nối kết nhau về pha
cũng như về hướng. Quá trình này tiếp diễn cho đến khi các proton chuyển động dọc theo
trục quang học và sau nhiều lần phản xạ các proton này có đủ năng lượng để rời khỏi thanh
laserqua kính số 5, phần còn lại bị phản xạ trở lại và tiếp tục quá trình nhân proton. Khi tia
sáng đã chiếu xuyên qua kính phản chiếu ở hai đầu ra thì hình thành một chùm tia nối tiếp
nhau. Chùm tia này sẽ đi qua một thấu kính hội tụ để tập trung năng lượng tại một điểm,
nếu đặt vật cần gia công tại tiêu điểm này thì nhiệt độ cục bộ tại đó có thể lên đến 8000
0
C
trong 1ms.
 Sau đây là nguyên lý gia công của một loại máy điển hình :
- Hình 5.2 chỉ ra nguyên lý gia công tia lazer trên máy K-3M:
Page 3
2
5
4
1
3
Tia laser
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm 6
Hình 5.2
Nguyên lý gia công chùm tia laser.
2)Buồng phản xạ ánh sáng
3) Đèn phát xung
4) Thanh hồng ngọc
5) Gương phản xạ toàn phần
6) Gương phản xạ 50%
7) Thấu kính hội tụ
8) Chi tiết gia công
9) Bàn gá

10) Tế bào quang điện
-Nguồn điện công nghiệp 1 qua biến thế và nắn dòng được nạp vào hệ thống tụ. Điện áp
tối đa của tụ là 2KV để điều khiển sự phóng điện tới đèn phát xung 3 đặt ở trong bộ phận
phản xạ ánh sáng 2. Bộ phận này có dạng hình trụ với tiết diện mặt trụ ngang là
Page 4
Phương Pháp Gia Công Bằng Tia Laser Nhóm 6
elíp. Khi đèn 3 phát sáng , toàn bộ năng lượng sẽ tập trung tại vị trí có đặt thanh hồng ngọc
4. Những ion Cr
+3
của thanh hồng ngọc bị kích lên mức năng lượng cao, khi tụt xuống
chúng sẽ phát ra những lượng tử. Nhờ hệ dao động của các gương phẳng 5 và 6, những
lượng tử này sẽ đi lại nhiều lần qua thanh hồng ngọc và kích các ion Cr
+3
khác để rồi cùng
phóng ra chùm tia lượng tử. Gương 5 có dộ phản xạ ánh sáng gần 99%, còn gương 6 gần
50%. Nhờ đó, một mặt ta vẫn nhận được chùm tia laser ở phía dưới, mặt khác khoảng 1%
chùm tia phát ra qua gương 5 sẽ được tế bào quang điện 10 thu lại và qua hệ thống chuyển
đổi ta biết được năng lượng của chùm tia đã phát ra khỏi máy. Chùm tia nhận được qua
gương 6sẽ được tập trung bởi hệ quang học 7 và tác dụng lên chi tiết gia công 8 (đặt trên
bàn máy 9) có khả năng di chuyển tọa độ theo 3 phương X, Y, Z.
-Khi tập trung tia laser vào vị trí gia công cần chọn hệ thống quang học và chế độ gia
công như năng lượng chùm tia tới, thời gian xung tác dụng của chùm tia, tiêu cự của hệ
thống quang học và số xung laser.
- Quá trỉnh tác dụng của chùm tia laser vào vị trí gia công được chia ra các giai đoạn
sau:
+ Vật liệu gia công hút năng lượng của chùm tia laser và chuyển năng lượng này thành
nhiệt năng.
+ Đốt nóng vật liệu gia công tới nhiệt độ có thể phá hỏng vật liệu đó. Giai đoạn này ứng
với quá trình truyền nhiệt trong vật rắn tuyệt đối bị giới hạn về một phía theo phương tác
dụng của chùm tia kể từ bề mặt tác dụng …

+ Phá hỏng vật liệu gia công và đẩy chúng ra khỏi vùng gia công. Giai đoạn này ứng với
quá trình truyền nhiệt mà bề mặt tác dụng luôn luôn thay đổi theo phương tác dụng của
chùm tia laser.
+ Vật liệu gia công nguội dần sau khi chùm tia laser tác dụng xong
III.THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ:
Page 5
Hình 5.3. Cắt bằng tia laser
Phương Pháp Gia Cơng Bằng Tia Laser Nhóm 6
III.1.Các loại Laser:
Có nhiều cách để phân loại Laser, nhưng thơng thương người ta thương phân loại laser
theo vật liệu cấu tạo nên mơi trương hoạt tính của chúng. Có thể chia laser thành ba loại
chính như sau: laser rắn, laser lỏng và laser khí.
*Laser rắn:
Có thể nói rằng phần quan trọng nhất của laser là laser với trái tim hồng ngọc. Ra đời sau
laser hồng ngọc là hàng loạt các laser hợp chất. Nhờ việc chế tạo thủy tinh hợp chất một
cách dễ dàng và khá rẻ tiền, nên loại laser này ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong
nhiều lĩnh vực và ứng dụng khác nhau. Laser thủy tinh hợp chất nêodim có công suất
bức xạ lớn và tần số lặp lại cao. Công suất trung bình của chùm ánh sáng có thể đạt
đến hàng trăm KW trong một tương lai không xa.
Nhược điểm của loại laser rắn là hiệu suất thấp, chỉ cỡ 5 ÷ 7%. Tuy nhiên, loại laser
rắn có kích thước tương đối gọn nhẹ nên được ứng dụng trong rất nhiều lónh vực khác
nhau như trong thông tin liên lạc, vô tuyến truyền hình, trong công nghiệp, y tế, quân
sự, …
Trong các loại laser rắn, người ta chú ý nhiều nhất đến laser bán dẫn. Môi trường
hoạt tính của chúng là các bán dẫn loại N hay loại P (gecmani, silic, axenit gali …).
Loại laser bán dẫn có hiệu suất cao hơn hẳn bất kỳ loại laser nào khác. Về lý thuyết,
hiệu suất của các loại laser bán dẫn có thể đạt tới 100%. Tuy nhiên, trên thực tế hiệu
suất của loại laser này chỉ đạt đến 70%. Việc chế tạo loại laser bán dẫn cũng còn gặp
một số khó khăn kỹ thuật, do đó hiệu suất của chúng chưa đạt được cao lắm. Tất
nhiên, so với các loại laser khác như laser khí (hiệu suất 20%), laser rắn (hiệu suất

5÷7%), laser bán dẫn ưu việt hơn nhiều. Tuy vậy, công suất bức xạ của loại laser bán
dẫn còn nhỏ, chưa thể so sánh với các loại laser khí hay laser tinh thể khác được.
Ngoài ra, laser bán dẫn còn có đặc điểm là dễ điều khiển, có thể biến đổi công suất
bức xạ theo một quy luật cho trước một cách dễ dàng. Khi dòng điện đi qua một môi
trường hoạt tính bán dẫn bò biến thiên, thì công suất ra cũng sẽ biến thiên đúng như
vậy. Đặc tính này làm cho laser bán dẫn có một tầm quan trọng đặc biệt, nhất là trong
lónh vực truyền thông tin và vô tuyến truyền hình.
*Laser khí:
Cho đến năm 1961, laser khí mới ra đời nhưng không được chú ý nhiều, vì về công
suất bức xạ ánh sáng và hiệu suất làm việc nó còn kém xa loại laser ra đời trước đó
(laser hồng ngọc). Tuy nhiên, laser khí đã có nhiều hứa hẹn tốt đẹp về tính đơn sắc và
khả năng đònh hướng cao. Năm 1964, laser khí CO
2
xuất hiện, với một công suất rất
cao. Trong những năm gần đây, laser khí CO
2
(và hỗn hợp của nó) đã đạt được công
suất bức xạ tới hàng chục KW, trong chế độ làm việc liên tục, với hiệu suất 20%
Page 6
Phương Pháp Gia Cơng Bằng Tia Laser Nhóm 6
Loại laser CO
2
khí động học có công suất bức xạ đến 100 KW.
Ưu điểm của loại laser khí là công suất lớn, tính đơn sắc và khả năng đònh hướng
cao, thích hợp cho việc sử dụng chúng ở chế độ liên tục. Dải bước sóng của loại laser
khí kéo dài từ sóng mm cho đến vùng tử ngoại. Môi trường hoạt tính của loại laser khí
là các chất khí hay hỗn hợp khí khác nhau. Thông dụng nhất là khí nguyên tử neon,
agon, kripton, xênon, hơi kim loại cadimi, đồng, selen, xêzi, và khí phân tử như oxyt
cacbon, cacbonic, hơi nước …
*Laser lỏng:

Một trong những phương hướng mới của laser là laser có môi trường hoạt tính chất
lỏng. Có hai loại chất lỏng thường dùng là các hỗn hợp hữu cơ kim loại và chất màu.
Loại hỗn hợp hữu cơ kim loại chứa một số nguyên tố hiếm như êropi. Môi trường hữu
cơ đóng vai trò trung gian, nhận năng lượng cho nguồn ánh sáng kích thích, truyền lại
cho các nguyên tử êropi. Các nguyên tử êropi bò kích thích và bức xạ ánh sáng với
bước sóng 0,61 µm (màu đỏ).
Nhược điểm của các loại laser hữu cơ lỏng là môi trường hoạt tính không bền vững,
chất hữu cơ bò phân hủy dưới tác động của ánh sáng kích thích. Gần đây người ta thay
chất hữu cơ bằng chất vô cơ để tránh sự phân hủy nói trên. Loại laser chất lỏng vô cơ
có công suất bức xạ và hiệu suất khá cao, có thể sánh vai cùng các loại laser rắn với
hợp chất nêodim. Hiện nay loại laser vô cơ lỏng có thể cho công suất trung bình gần
500 W ở chế độ xung, và ở chế độ xung đơn với năng lượng hàng trăm Jun.
Tuy nhiên, chất lỏng oxít clorua selen là một loại chất độc, có hại cho cơ thể con
người, do đóù khi làm việc với nó phải tuân theo nhiều biện pháp an toàn phức tạp.
Nói chung, cũng như các loại laser khác, laser chất lỏng cũng có những ưu điểm riêng
của nó. Điều dễ dàng nhìn thấy nhất là việc làm nguội môi trường hoạt tính rất đơn
giản, bằng phương pháp lưu thông dòng chất lỏng trong laser .
Các loại laser như đã nói ở trên đều cần nguồn cung cấp điện để tạo ra môi trường
hoạt tính. Nguồn điện năng được sử dụng có thể dưới dạng dòng điện cao tầng để ion
hóa hỗn hợp khí trong laser khí, hoặc dòng điện một chiều chạy qua lớp tiếp xúc P-N
trong laser bán dẫn, hoặc dưới dạng ánh sáng đèn chiếu sáng như trong các laser rắn
… Các phương pháp kích thích môi trường hoạt tính này đều có hiệu suất khá cao và
cho công suất bức xạ của laser lớn. Tuy nhiên, trong thực tế không phải nơi nào cũng
có nguồn điện năng. Như vậy, sự ra đời của laser khí động học và laser hóa học là
một giải pháp thực tế nhất.
*Laser Gama:
Page 7
Phương Pháp Gia Cơng Bằng Tia Laser Nhóm 6
Trong những năm gần đây, ngành điện tử lượng tử đã phát triển rất mạnh. Sự phát
triển của nó gắn liền với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, quang học, vật lý, hóa học

và nhiều lónh vực khoa học khác. Sự tương quan hữu cơ này đã thúc đẩy sự phát triển,
không những của chính bản thân kỹ thuật laser, mà còn những ngành có liên quan.
Có thể nói rằng, sự ra đời của laser Gamma là sự kết hợp hài hòa giữa yêu cầu cần
có một nguồn ánh sáng điện từ đơn sắc, có công suất lớn với bước sóng < 10
7
cm và
sự phát minh ra hiệu ứng Mesbauer. Với bước sóng này, laser Gamma cho phép
nghiên cứu đặc điểm cầu trúc của thế giới vi mô, và mở ra nhiều triển vọng mới trong
ngành sinh học, hóa học vật lý và kỹ thuật …
Năm 1972 – 1973, nhà bác học Xô Viết lỗi lạc, viện só Viện Hàn lâm Khoa học Liên
Xô đã đặt nền móng cho một phương hướng nghiên cứu laser mới – laser Gamma. Cơ
sở vật lý của laser Gamma là hiệu ứng Mesbauer cho phép ta thực hiện quá trình bức
xạ, hấp thụ và tán xạ cộng hưởng tia Gamma với độ phẩm chất rất lớn. Trong laser
Gamma, các mức năng lượng làm việc là các mức chuyển tiếp trạng thái của hạt nhân
phóng xạ. Hạt nhân sẽ bức xạ tia Gamma, khi nó chuyển trạng thái từ mức năng
lượng cao xuống các mức năng lượng thấp hơn. Hiện tượng bức xạ tia Gamma này gọi
là hiện tượng phân rã Gamma.
Để kích thích các hạt nhân có thể dùng các hạt nhân khác, các notron, proton hay tia
Gamma.
Về nguyên lý chung, laser Gamma làm việc cũng tương tự như các laser khác (laser
khí, laser rắn …). Tuy nhiên, hiện tượng vật lý xảy ra trong môi trường hoạt tính của
loại laser này phức tạp hơn nhiều. Khả năng tiềm tàng của loại laser này rất lớn. tuy
nhiên kỹ thuật chế tạo nó rất phức tạp, và do đó việc ứng dụng của nó chưa được phổ
biến rộng rãi. Nhờ sự ra đời của laser Gamma, chúng ta đã mở rộng được dải sóng, từ
hồng ngoại cho đến bước sóng một vài Amstrong (A
o
). Tuy nhiên trong tương lai, khó
mà nói rằng đó là phương pháp cuối cùng của kỹ thuật laser.
Sự ra đời và phát triển rất mạnh của kỹ thuật laser đã góp phần rất lớn vào việc giải
quyết nhiều vấn đề kỹ thuật và nghiên cứu khoa học.

III.2.Cấu tạo máy laser:
Những nguyên tử, cũng tương tự như phân tử, cũng có cấu trúc năng lượng, các mức
đó mang tính chất lượng tử, khoảng cách các mức cũng cố đònh với từng loại phân tử.
Nhờ đó mà các phân tử đều có thể bức xạ điện tử nếu chúng bò kích thích. Muốn cho
các nguyên tử phát ra ánh sáng (sóng điện từ nói chung) chúng phải được kích thích,
tức là electron phải được đẩy lên mức năng lượng cao hơn. Có thể dùng: đốt nóng,
dùng ánh sáng mạnh chiếu vào, dòng điện đi qua. Khi nhận năng lượng này electron
Page 8
Phương Pháp Gia Cơng Bằng Tia Laser Nhóm 6
nhảy lên mức năng lượng cao hơn, chúng sống tạm một thời gian ở mức năng lượng
mới và sẽ trở về mức năng lượng cũ và phát ra ánh sáng. Do đặc điểm bức xạ tự phát
nên trong một thời điểm electron chuyển mức năng lượng bức xạ ra proton khác tạo
nên một quá trình vô cùng nhanh. Khi các electron chuyển mức năng lượng thì quá
trình bức xạ sẽ dừng lại, do đó chúng ta phải có nguồn kích thích năng lượng từ bên
ngoài để tiếp tục đẩy các electron lên mức cao hơn.
Tóm lại tia laser truyền đi đơn sắc, song song với độ phân kỳ lớn, độ sáng cao, tiêu
biểu cho sự khuyếch đại ánh sáng bởi sự bức xạ được kích hoạt. Máy laser là một bộ
phận tạo ra bức xạ ánh sáng với các mức năng lượng lớn và có thể điều khiển được.
Khi chiếu vào một vật liệu mức năng lượng này đủ lớn để gây ra hiệu ứng cục bộ.
Sức nóng của tia laser được điều khiển để ra kết quả mong muốn ở vùng cụ thể và
đảm bảo biến dạng là nhỏ. Dưới đây là nguyên lý máy laser:
Hình 5.4. Sơ đồ nguyên lý máy laser.
*Máy laser được cấu tạo bởi 3 phần chính sau:
III.2.1.Môi trường hoạt tính:
Là phần quan trọng nhất có nhiệm vụ phát ra sóng điện từ hay sóng ánh sáng. Tuỳ
theo yêu cầu kỹ thuật người ta có thể dùng các loại hoạt tính là chất lỏng, chất rắn,
khí. Một số chất thường được sử dụng hoạt tính là:
+ Chất khí: N
2
, H

2
, CO
2
+ Chất rắn: Tinh thể và thủy tinh hợp chất (hồng ngọc, thạch anh …)
+ Chất lỏng: các dung dòch sơn, chất hữu cơ, vô cơ.
Page 9
Nguồn sáng
Nguồn sáng
Bàn
Hệ thống
làm mát
Nguồn
điện
Băng bảo vệ
Tia laser
Đồ gá
Kim
loại
bay hơi
Chi tiết
Độ dài tiêu
cự
Gương phản
xạ bán phần
Gương
phản xạ
toàn phần
Thấu kính
Phương Pháp Gia Cơng Bằng Tia Laser Nhóm 6
Môi trường hoạt tính của chất khí thường được sử dụng trong laser có công suất lớn,

phương pháp kích thích đơn giản.
Đối với laser rắn dạng tròn, môi trường hoạt tính là chất rắn dạng tròn, chữ nhật,
dạng tâm … Người ta thường dùng nguồn ánh sáng kích thích từ bên ngoài.
* Môi trường hoạt tính khí:
Loại laser khí được sử dụng tương đối phổ biến vì việc kích thích phóng điện và
điều khiển tương đối dễ dàng. Ta có thể chia làm 3 loại laser khí: nguyên tử trung
hòa, loại ion hóa, loại phân tử.
Phần cơ bản của máy laser là ống kính làm bằng thủy tinh hay sứ chứa môi trường
khí, hai đáy của ống hình trụ làm bằng muối đá hay axê magali cho ánh sáng đi qua
với bước sóng 0,16 µm để làm giảm sự mất mát do sự phản xạ trở lại từ bề mặt các
cửa sổ. Các cửa sổ này nếu đặt nghiêng với trục của ống 1 góc Bruster thì không bò
phản xạ lại. Để kích thích sự phóng điện bằng dòng điện một chiều hay xoay chiều
tần số thấp, đưa hai cực vào ống và nối chúng với nguồn điện áp. Với dòng điện xoay
chiều tần số cao, chỉ cần kích thích sự phóng điện bằng cách đưa điện áp đến hai vành
kim loại áp vào thành ngoài ống. Để tạo sự phản hồi dương ở hai đầu ống khí, đặt hai
gương quang học tạo thành hệ cộng hưởng mở mang tên Phabripero. Hai gương này
phải song song và vuông góc trục ống. Nhờ hệ thống như gương này Proton sinh ra do
bức xạ sẽ di chuyển qua môi trường hoạt tính nhiều lần. Một trong hai gương sẽ là
gương trong suốt.
Hình 5.5. Sơ đồ nguyên lý laser khí.
Page 10
Máy phát
Tia laser
Cửa sổ
ng chứa khí
Gương phản xạ
Phương Pháp Gia Cơng Bằng Tia Laser Nhóm 6
*Môi trường hoạt tính rắn:
Muốn laser trạng thái rắn phù hợp tốt nhất là dùng loại ống thủy tinh Neon đen làm
ống dẫn chùm laser. Các đầu cuối của ống được cấu tạo hai gương phản xạ. Một mặt

gương phản xạ toàn phần, mặt còn lại là phản xạ bán phần cho phép chùm tia laser
xuyên qua khi mật độ chùm tia laser đạt đến mức độ nhất đònh. Chùm tia laser đầu
được kích thích bằng bóng đèn có cường độ cao. Các gương đặt trong ống laser – ống
dao động, quang học được dùng để phản xạ và hội tụ ánh sáng trong môi trường dung
môi.
*Môi trường hoạt tính bán dẫn:
Môi trường hoạt tính trong laser gồm có hai phần loại bán dẫn P và N. Phần thực tế
làm việc với lớp chuyển tiếp P-N, lớp này mỏng cỡ vài µm, loại bán dẫn phù hợp nhất
cho mục đích này là hợp chất khí (axêtic gali). Cho dòng điện chạy qua lớp này kích
thích năng lượng cao. Trên lý thuyết mỗi cặp electron và hai lỗ trống gặp nhau chúng
sẽ trung hòa với nhau và phát ra ánh sáng. Do hiệu suất của laser bán dẫn đạt 70%
hơn hẳn các loại laser khác. Đối với laser bán dẫn chúng ta biến đổi được công suất
của chúng bằng phương pháp biến điện kích thích.
Page 11
Tia laser
Lỗ trống
Cặp lỗ trống điện tử
Dòng điện tử
Lớp công tác
Electron
P
N
nh sáng phản
xạ lại từ gương
Môi trường
hoạt tính
Mặt gương
Phương Pháp Gia Cơng Bằng Tia Laser Nhóm 6
Hình 5.6. Sơ đồ nguyên lý hoạt động laser bán dẫn.
III.2.2. Nguồn kích thích:

Muốn cho môi trường hoạt tính làm việc ta phải tạo nên vùng đảo hạt ở mức năng
lượng cao. Để làm được việc đó chúng ta phải cung cấp cho môi trường hoạt tính một
năng lượng. Có nhiều phương pháp để kích thích môi trường hoạt tính.
Hình 5.7. Các loại nguồn kích thích.
Nguồn sáng đèn: phương pháp này thường được sử dụng với các laser rắn, nguồn ánh
sáng gồm một hay nhiều đèn xenon. Để tập trung ánh sáng từ các đèn lên môi trường
hoạt tính người ta dùng hệ thống gương phản chiếu. Đối với thanh hoạt tính hình trụ
hệ thống gương hình ellipe. Ngoài ra người ta còn dùng các loại đèn chiếu hình xoắn.
Page 12
Gương phản chiếu
Thanh hoạt tính
A
C
B
D
Phương Pháp Gia Cơng Bằng Tia Laser Nhóm 6
Hình 5.8. Nguồn sáng đèn với laser và hệ thống quang học HL 54 P.
Nguồn kích thích dòng điện: đối với môi trường hoạt tính khí người ta thường dùng
dòng điện cao tầng để tạo nên môi trường phóng điện ion hóa. Đối với dòng điện một
chiều hay tần số thấp người ta phải đưa điện cực trực tiếp vào môi trường khí.
Bộ cộng hưởng quang học: sau khi tạo được lớp đảo, môi trường hoạt tính trở thành
môi trường khuyếch đại ánh sáng. Để có thể nhận được ánh sáng phải tạo nên một
phản hồi dương. Bộ cộng hưởng quang học đóng vai trò này và là bộ phận hướng tia
ánh sáng chọn lọc.
Hình 5.9. Vòi phun khí điển hình.
Bộ cộng hưởng quang học là hệ thống gương quang học. Trên bề mặt phản chiếu
của gương có phủ một lớp kim loại hoặc một lớp điện môi. Một trong hai gương kia
phải là gương bán trong suốt. Trong trường hợp gương làm bằng kim loại phải khoan
một lỗ cho ánh sáng đi qua, trong laser khí gương cộng hưởng nằm ở hai đầu ống. Đối
với laser rắn gương hoạt tính đồng thời là hai mặt của thanh hoạt tính. Ngoài các

gương nói trên, bộ cộng hưởng quang học còn có những phần phụ kèm theo như lăng
kính có nhiệm vụ lọc ánh sáng.
Page 13
Phôi
Vòi phun trong
Khí cắt áp
suất cao
Vòi phun ngoài
Khí cắt áp
suất thấp
Thấu kính hội tụ
Tia laser
V
2
V
1
V
2
V
1
Môi trường hoạt tính
Lăng kính
Gương phản xạ