Tại sao laser được sử dụng cho các ứng dụng ánh sáng tập trung thay vì nguồn sáng không liên tục?

Một số ứng dụng laser chỉ đơn giản là tập trung ánh sáng vào một điểm nhỏ. Hai ứng dụng ví dụ là hàn laser và cắt. Trong những trường hợp này, laser CO ₂ thường được sử dụng cần nguồn cung cấp điện quy định, hệ thống làm mát bằng nước và cung cấp khí CO ₂ .

Tại sao các ứng dụng này sử dụng tia laser thay vì nguồn sáng đơn giản (tức là không mạch lạc) như đèn hồ quang chạy bằng điện xoay chiều?

Có nhiều lý do tại sao ánh sáng đơn sắc cao, chẳng hạn như ánh sáng phát ra từ laser, rất hữu ích để cung cấp một lượng lớn năng lượng cho một điểm nhỏ.

Trước hết, các nguồn sáng không liên tục như đèn là các nguồn mở rộng có nghĩa là chúng đang phát ra ánh sáng từ một mảnh vật liệu chiếm một khoảng không gian hữu hạn. Khi tập trung ánh sáng này vào một điểm, tiêu điểm bị giới hạn bởi kích thước nguồn của bạn nhân với độ phóng đại của hệ thống hình ảnh của bạn. Điều này nghe có vẻ như là một hiệu ứng nhỏ, nhưng nếu bạn muốn tập trung ánh sáng đến kích thước điểm theo thứ tự bước sóng ( ) thì điều đó trở nên quan trọng. Mặt khác, laser hoạt động như các nguồn điểm thực và có thể được tạo thành các kích thước điểm nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng. $~1\ \mu\text{m}$

Một vấn đề thứ hai với các nguồn sáng không liên tục là chúng thường phát ra ánh sáng theo mọi hướng. Vì vậy, ngay cả khi bạn có thể tạo ra một lượng năng lượng quang tương đương, việc tập hợp tất cả vào một nguồn chuẩn cần thiết trước khi tập trung vào một điểm sẽ khó khăn hơn nhiều.

Một lợi thế cuối cùng của laser là sự đơn sắc của chúng . Điều này rất hữu ích vì bước sóng có thể được chọn chính xác để phù hợp với một ứng dụng cụ thể. Chẳng hạn, laser CO ₂ phát ra ở ; được hấp thụ tốt trong một loạt các vật liệu nhưng không phải là tốt trong kim loại. Tuy nhiên, laser Nd: YAG và sóng hài của nó (ba bước sóng được dán nhãn là 'laser trạng thái rắn' trong hình ảnh bên dưới), tuy nhiên, được hấp thụ tốt trong kim loại và có thể được sử dụng để xử lý kim loại. Với các nguồn không liên tục, ánh sáng được phát ra trong một phạm vi bước sóng rộng có thể hoặc không thể hiện các tính chất mong muốn trong vật liệu bạn đang cố xử lý.$10.6\ \mu\text{m}$

Đây chỉ là một bổ sung cho câu trả lời của Chris Mueller.

Khi bạn nghĩ về laser, bạn luôn nghĩ về một khẩu độ có nhiều gương, ống kính và quang học nói chung. Hãy nói rằng bạn quản lý để tạo ra một chùm tia tập trung (phổ rộng) tại một điểm, bây giờ bạn muốn đưa nó đến điểm ứng dụng. Với phổ rộng, nó sẽ không hoạt động tốt, vì chùm tia sẽ mất tiêu cự cho các bước sóng khác nhau. trong khi đi qua quang học

Để cung cấp cho bạn một hình ảnh của các hiện tượng quang học nhìn vào bìa album nổi tiếng này . Bạn sẽ nhận thấy rằng ánh sáng thoát ra được trải ra (dọc theo quang phổ) và mất tập trung.

Bạn có thể tập trung lại nó, nhưng đó là không thực tế. Đối với những cân nhắc khác tham khảo câu trả lời của Chris Mueller.