Głównym elementem roboczym każdego urządzenia laserowego jest tak zwany ośrodek aktywny. Działa nie tylko jako źródło ukierunkowanego przepływu, ale w niektórych przypadkach może go znacznie wzmocnić. Właśnie tę cechę mają mieszaniny gazów, które pełnią rolę substancji czynnej w instalacjach laserowych. Jednocześnie istnieją różne modele takich urządzeń, które różnią się zarówno konstrukcją, jak i charakterystyką środowiska pracy. Tak czy inaczej, laser gazowy ma wiele zalet, które pozwoliły mu zająć mocne miejsce w arsenale wielu przedsiębiorstw przemysłowych.
Cechy działania medium gazowego
Tradycyjnie lasery są powiązane z mediami stałymi i płynnymi, które przyczyniają się do tworzenia wiązki światła o wymaganej wydajności. W tym przypadku gaz ma zalety jednorodności i niskiej gęstości. Te cechyaby wiązka lasera nie była zniekształcona, nie traciła energii i nie rozpraszała się. Ponadto laser gazowy charakteryzuje się zwiększoną kierunkowością promieniowania, której granicę wyznacza jedynie dyfrakcja światła. W porównaniu z ciałami stałymi oddziaływanie cząstek gazu zachodzi wyłącznie podczas zderzeń w warunkach przemieszczenia termicznego. W rezultacie widmo energetyczne wypełniacza odpowiada poziomowi energii każdej cząstki z osobna.
Gazowe urządzenie laserowe
Klasyczne urządzenie takich urządzeń składa się z zamkniętej tuby z gazowym medium funkcjonalnym, a także z rezonatora optycznego. Rura wyładowcza jest zwykle wykonana z ceramiki korundowej. Umieszczony jest pomiędzy odbijającym pryzmatem a lustrem na berylowym cylindrze. Wyładowanie odbywa się w dwóch sekcjach ze wspólną katodą przy prądzie stałym. Katody zimne z tlenku tantalu są najczęściej dzielone na dwie części za pomocą przekładki dielektrycznej, która zapewnia równomierny rozkład prądów. Ponadto urządzenie lasera gazowego zapewnia obecność anod – ich funkcję spełnia stal nierdzewna, prezentowana w postaci mieszka próżniowego. Elementy te zapewniają elastyczne połączenie pomiędzy tubusami, pryzmatami i uchwytami lusterek.
Zasada działania
Aby napełnić aktywny korpus gazem energią, stosuje się wyładowania elektryczne, które są generowane przez elektrody we wnęce rurki urządzenia. Podczas zderzenia elektronów z cząsteczkami gazusą podnieceni. Stwarza to podstawę do emisji fotonów. Pobudzona emisja fal świetlnych w rurze wzrasta w miarę przechodzenia przez plazmę gazową. Odsłonięte lustra na końcach cylindra tworzą podstawę preferencyjnego kierunku strumienia światła. Półprzezroczyste zwierciadło, które jest zasilane laserem gazowym, wybiera część fotonów z wiązki kierunkowej, a reszta z nich odbija się wewnątrz tuby, zachowując funkcję promieniowania.
Funkcje
Wewnętrzna średnica rury wyładowczej wynosi zwykle 1,5 mm. Średnica katody z tlenku tantalu może osiągnąć 48 mm przy długości elementu 51 mm. W tym przypadku konstrukcja działa pod działaniem prądu stałego o napięciu 1000 V. W laserach helowo-neonowych moc promieniowania jest niewielka i z reguły obliczana jest w dziesiątych częściach W.
W modelach z dwutlenkiem węgla stosowane są rurki o średnicy od 2 do 10 cm. Warto zauważyć, że laser gazowy działający w trybie ciągłym ma bardzo dużą moc. Z punktu widzenia wydajności operacyjnej czynnik ten jest czasem plusem, jednak do utrzymania stabilnej pracy takich urządzeń wymagane są trwałe i niezawodne lustra o podwyższonych właściwościach optycznych. Z reguły technolodzy stosują elementy metalowe i szafirowe z obróbką złota.
Odmiany laserów
Główna klasyfikacja zakłada podział takich laserów według rodzaju mieszaniny gazów. Wspomnieliśmy już o cechach modeli opartych na korpusie z aktywnym dwutlenkiem węgla, ale takżemedia jonowe, helowo-neonowe i chemiczne są powszechne. Do wykonania konstrukcji urządzenia lasery jonowo-gazowe wymagają użycia materiałów o wysokiej przewodności cieplnej. W szczególności stosuje się elementy ceramiczno-metalowe oraz części na bazie ceramiki berylowej. Ośrodki helowo-neonowe mogą działać na różnych długościach fal w zakresie promieniowania podczerwonego oraz w widmie światła widzialnego. Zwierciadła rezonatorowe takich urządzeń wyróżniają się obecnością wielowarstwowych powłok dielektrycznych.
Lasery chemiczne stanowią odrębną kategorię rurek gazowych. Wiążą się one również z wykorzystaniem mieszanin gazowych jako czynnika roboczego, ale proces powstawania promieniowania świetlnego odbywa się na zasadzie reakcji chemicznej. Oznacza to, że gaz jest używany do wzbudzania chemicznego. Urządzenia tego typu mają tę zaletę, że mogą bezpośrednio przetwarzać energię chemiczną na promieniowanie elektromagnetyczne.
Zastosowanie laserów gazowych
Praktycznie wszystkie lasery tego typu są wysoce niezawodne, trwałe i niedrogie. Czynniki te doprowadziły do ich szerokiego zastosowania w różnych gałęziach przemysłu. Na przykład urządzenia helowo-neonowe znalazły zastosowanie w operacjach poziomowania i regulacji, które są wykonywane w operacjach górniczych, w przemyśle stoczniowym, a także w budowie różnych konstrukcji. Ponadto właściwości laserów helowo-neonowych nadają się do wykorzystania w organizowaniu komunikacji optycznej, opracowywaniu materiałów holograficznych i żyroskopów kwantowych. Nie był wyjątkiem pod względem praktycznych korzyści ilaser gazowy argonowy, którego zastosowanie wykazuje skuteczność w zakresie obróbki materiałów. W szczególności takie urządzenia służą jako przecinak twardych skał i metali.
Recenzje laserów gazowych
Jeśli rozważamy lasery z punktu widzenia korzystnych właściwości użytkowych, wielu użytkowników zwraca uwagę na wysoką kierunkowość i ogólną jakość wiązki światła. Takie cechy można wytłumaczyć niewielkim udziałem zniekształceń optycznych, niezależnie od warunków temperatury otoczenia. Jeśli chodzi o wady, do uwolnienia potencjału mediów gazowych potrzebne jest duże napięcie. Dodatkowo laser helowo-neonowy oraz urządzenia oparte na mieszaninach dwutlenku węgla wymagają do podłączenia znacznej ilości energii elektrycznej. Ale, jak pokazuje praktyka, wynik usprawiedliwia się. Stosowane są zarówno urządzenia o małej mocy, jak i urządzenia o wysokim potencjale mocy.
Wniosek
Możliwości mieszanek gazowo-wyładowczych pod kątem ich wykorzystania w systemach laserowych są wciąż niedostatecznie poznane. Mimo to zapotrzebowanie na tego typu sprzęt od dawna z powodzeniem rośnie, tworząc odpowiednią niszę na rynku. Laser gazowy otrzymał największą dystrybucję w branży. Służy jako narzędzie do punktowego i dokładnego cięcia materiałów pełnych. Ale są też czynniki utrudniające rozprzestrzenianie się takiego sprzętu. Po pierwsze, jest to szybkie zużycie podstawy elementu, co zmniejsza trwałość urządzeń. Po drugie, istnieją wysokie wymagania dotyczące zapewnienia wyładowania elektrycznego,potrzebne do uformowania belki.
