激光内雕机主要是利用激光的特性来实现内部雕刻的功能,以下是其工作原理:
一、激光的基本原理
激光(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation),即受激辐射光放大。在激光产生的装置中,有一个增益介质,比如常见的是晶体或者气体。通过泵浦源(可以是光泵浦或者电泵浦等方式)向增益介质输入能量,使得增益介质中的粒子(原子、分子等)从低能级跃迁到高能级,实现粒子数反转分布。当这些处于高能级的粒子在外界光子的诱发下,会跃迁回低能级,并发射出与诱发光子频率、相位、偏振方向等完全相同的光子。这些光子在光学谐振腔内不断地反射、放大,最终形成一束高强度、高方向性、高单色性的激光束输出。
二、激光内雕机工作的核心过程
1. 聚焦系统
激光内雕机产生的激光束首先要经过聚焦系统。这个系统一般由光学透镜等部件组成,它的作用是将原本较分散的激光束聚焦到一个很小的点上。例如,通过精密的凸透镜,可以把激光束聚焦到材料内部的一个微小区域,其光斑大小可以达到微米级别。这样就可以实现高精度的加工。
2. 材料内部作用机制
当聚焦后的激光束作用于透明材料(如玻璃、水晶等)内部时,会产生一系列复杂的物理过程。激光的高能量使得材料内部的分子键断裂或者发生结构变化。以水晶为例,激光在水晶内部聚焦后,水晶的晶格结构会在激光能量的作用下被破坏。
对于含有杂质或者掺杂剂的材料,激光还可能与这些杂质发生相互作用。比如在某些彩色水晶中,激光与内部的金属离子杂质相互作用,改变其分布状态或者价态,从而产生颜色变化或者光学性质的改变,达到雕刻的效果。
3. 计算机控制与图案生成
激光内雕机是在计算机的精确控制下工作的。操作人员首先将需要雕刻的图案或者文字等信息通过设计软件转化为数字信号。这些数字信号包含了图案的形状、尺寸、深度等参数。
计算机根据这些参数控制激光束在材料内部的三维空间中的运动轨迹。例如,要雕刻一个三维的立体图案,计算机就会控制激光头在X、Y、Z三个轴向上移动,并且调节激光的输出功率和脉冲频率等参数,使得激光在材料内部按照预定的图案进行雕刻。通过不断地改变激光焦点的位置和激光作用的强度,就能在材料内部形成精美的立体图案。
激光内雕机就是利用激光的特性,通过聚焦、在材料内部作用以及计算机控制等多个环节,在透明材料内部雕刻出各种精美的图案。