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能级跃迁妙用于激光雕刻

编者按:这是一篇大二同学写的科普文章。能级跃迁电子跃迁,电子从某一能层(电子层/电子亚层)跃迁到另一能层。其间,电子完成基态、激发态之间的转变。陈文清同学通俗地解释:能级跃迁就像上楼梯,你得到一个能量就可以往高一个台阶蹦跶一下……

能级跃迁在生产生活中的应用非常广泛并且十分有趣。今天,就跟着大眼学姐一起感受一下能级跃迁的妙用——激光雕刻。

什么是激光雕刻?

激光雕刻加工是利用数控技术为基础,激光为加工媒介。加工材料在激光雕刻照射下瞬间的熔化和气化的物理变性,能使激光雕刻达到加工的目的。分为激光切割、激光雕刻、激光打标、玻璃(水晶)内雕几种。

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激光雕刻的原理

激光雕刻是激光在生产中的一种应用,而激光是怎么产生的?这就不得不提及能级跃迁了。

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光与物质的相互作用,实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子,同时改变自身运动状况的表现。微观粒子都具有特定的一套能级。任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态。与光子相互作用时,粒子从一个能级跃迁到另一个能级,并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E,频率为ν=△E/h(h为普朗克常量)。

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光是原子中的电子吸收能量后,从低能级跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级,回落的时候释放的能量以光子的形式放出。而激光,就是被激发出来的光子队列,这光子队列中的光子们,光学特性一样,步调极其一致。

激光雕刻的六大优点

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范围广泛:激光雕刻通常使用二氧化碳激光,这种激光几乎可对任何非金属材料进行雕刻切割。

安全可靠:激光雕刻是一种采用非接触式加工,不会对材料造成机械挤压或机械应力,虽然利用了材料融化、气化的物理变性原理,但是却不会造成较大的热效应,十分安全。

精确细致:这项加工工艺加工精度极高,几乎可达到0.02mm,可以雕刻出极为复杂的图形。

节约环保:由于光束和光斑直径小,激光雕刻耗费的能量很少,并且切割加工节省材料。

高速快捷:加工时间较短,可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割。

成本低廉:对加工材料的低要求和加工过程的高效性让激光加工的成本变得很低。

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除了激光雕刻之外,生活中多个领域都在利用激光。比如在医学领域,二氧化碳激光被用于治疗血管性皮肤病,色素性皮肤病,恶性肿瘤等各类其他皮肤疾病;在通信领域,激光测速可以准确地测量出被测物体的移动速度;在工业领域,激光冷却、激光光谱、激光传感器都是工业生产中的常用设备。

各类激光技术特别适用于自动化加工,激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备,这已成为企业实行适时生产的关键技术,为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

看到这里,你还觉得能级跃迁是个无聊又无用的东西么?事实上,现在学习的很多看似无用的知识随着学习的深入,你都会发现其中的妙处!

作者:陈文清

以下是陈文清同学在金工实习课用激光雕刻制作的小作品,你能看出来都是些什么吗?

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作者系合肥一中2017届毕业生,现就读于北京航空航天大学中法工程师学院

原标题:什么?你居然觉得能级跃迁很无聊?
责任编辑:张守坤
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