Gas laser: descriere, caracteristici, principiu de funcționare

Componenta principală de lucru a oricărui dispozitiv laser este așa-numitul mediu activ. Nu numai că acționează ca o sursă de flux direcțional, dar, în unele cazuri, poate să-l consolideze în mod semnificativ. Este această caracteristică și au amestecuri de gaze care acționează ca substanțe active în instalațiile cu laser. În acest caz, există diferite modele de astfel de dispozitive, care diferă în ceea ce privește designul și caracteristicile mediului de lucru. Într-un fel sau altul, un laser cu gaze are multe avantaje care i-au permis să ia un loc ferm în arsenalul multor întreprinderi industriale.

Caracteristicile mediului gazos

În mod tradițional, laserele sunt asociate cu medii solide și lichide care promovează formarea unui fascicul de lumină cu caracteristicile de performanță necesare. Gazul are avantaje sub formă de omogenitate și densitate scăzută. Aceste calități permit ca fluxul laserului să nu fie distorsionat, să nu piardă energie și să nu disipeze. De asemenea, laserul cu gaz se distinge printr-o direcție de radiație mărită, a cărei limită determină numai difracția luminii. Comparativ cu corpurile solide, interacțiunea dintre particulele de gaz apare exclusiv în coliziuni în condiții de deplasare termică. Ca rezultat, spectrul energetic al materialului de umplutură corespunde nivel energetic din fiecare particulă separat.

Dispozitivul de lasere cu gaz

Dispozitivul clasic al unor astfel de dispozitive este format dintr-un tub etanș cu mediu funcțional gazos și un rezonator optic. Tubul de evacuare este fabricat, de obicei, din ceramica de corindon. Acesta este plasat între prisma reflectoare și oglinda pe cilindrul de beriliu. Descărcarea este efectuată în două secțiuni cu un catod comun la un curent constant. Oxidantanthal catodii rece sunt cel mai adesea împărțite în două părți prin intermediul unei garnituri dielectrice, care asigură uniformitatea distribuției curente. De asemenea, dispozitivul laser cu gaz furnizează prezența anodelor - funcția lor este realizată de oțel inoxidabil, reprezentat ca burdufuri de vid. Aceste elemente asigură o conexiune mobilă a tuburilor, prisme și suporturi pentru oglinzi.

Principiul de funcționare

Pentru a umple energia corpului activ în gaz, se aplică descărcări electrice care sunt generate de electrozi în cavitatea tubului instrumentului. În timpul coliziunii electronilor cu particule de gaz, sunt excitați. Astfel, se creează baza pentru emisia de fotoni. Emisiile forțate de unde luminoase din tub crește pe parcursul trecerii lor prin plasmă de gaz. Oglinzile expuse la capetele cilindrului formează baza pentru direcția predominantă a fluxului de lumină. Oglinda semitransparentă furnizată de laserul cu gaz face o fracțiune din fotoni din fasciculul direcționat, iar restul se reflectă în interiorul tubului, susținând funcția de radiație.

caracteristicile

Diametrul interior al tubului de evacuare este de obicei de 1,5 mm. Diametrul catodului oxid-tantal poate ajunge la 48 mm cu o lungime de 51 mm. În acest caz, designul funcționează sub acțiunea unui curent direct cu o tensiune de 1000 V. În cazul laserelor cu heliu-neon, puterea radiațiilor este mică și, de regulă, este calculată în zecimi de W.

Modelele cu dioxid de carbon presupun utilizarea tuburilor cu diametrul de 2 până la 10 cm. Este de remarcat faptul că un laser cu gaz funcționând într-un mod continuu are o putere foarte mare. Din punct de vedere al eficienței operaționale, acest factor merge uneori într-un plus, totuși, pentru a menține funcția stabilă a unor astfel de dispozitive, sunt necesare oglinzi durabile și sigure, cu proprietăți optice ridicate. De regulă, tehnologii utilizează elemente metalice și safir cu procesare a aurului.

Soiuri de lasere

Clasificarea principală implică separarea unor astfel de lasere de tipul de amestec de gaze. Caracteristicile modelelor pe un corp activ cu dioxid de carbon au fost deja menționate, dar mediile ionice, heliu-neon și chimice sunt de asemenea comune. Pentru construcția dispozitivului, laserele cu gaz ionic necesită utilizarea unor materiale cu conductivitate termică ridicată. În particular, se utilizează elemente metal-ceramice și detalii pe bază de ceramică de beriliu. Mediile helio-neon pot funcționa la diferite lungimi de undă de-a lungul infraroșu și în spectrul luminii vizibile. Oglinzile rezonatorului unor astfel de dispozitive se disting prin prezența acoperirilor dielectrice multistrat.

Lăzile chimice reprezintă o categorie separată de tuburi de gaz. Ei presupun, de asemenea, utilizarea amestecurilor de gaze ca mediu de lucru, dar procesul de formare a radiației luminoase este asigurat de o reacție chimică. Adică, gazul este utilizat pentru excitația chimică. Dispozitivele de acest tip sunt avantajoase prin faptul că este posibilă transformarea directă a energiei chimice în radiație electromagnetică.

Aplicarea laserelor de gaz

Practic, toate laserele de acest tip se disting printr-un grad înalt de fiabilitate, durabilitate și un preț accesibil. Acești factori au cauzat o distribuție largă în diferite ramuri. De exemplu, dispozitivele heliu-neon au găsit aplicații în operații de nivelare și aliniere, care se realizează în minerit, construcții navale și, de asemenea, în construcția de diverse structuri. În plus, caracteristicile heliului-neon laserele sunt potrivite pentru utilizarea în organizarea comunicării optice, în dezvoltarea materialelor holografice și a giroscoanelor cuantice. Laserul cu gaz de argon, a cărui aplicare arată eficiența procesării materialelor, nu a fost o excepție în ceea ce privește utilitatea practică. În special, astfel de dispozitive servesc drept sculptor de pietre dure și metale.

Dacă luăm în considerare laserele în termeni de proprietăți operaționale avantajoase, mulți utilizatori iau notă de directivitatea ridicată și de calitatea generală a fasciculului luminos. Astfel de caracteristici pot fi explicate printr-o mică parte din distorsiunile optice, indiferent de condițiile de temperatură ambiantă. În ceea ce privește deficiențele, este nevoie de o mare tensiune pentru a debloca potențialul mijloacelor de transport în gaz. În plus, un laser cu gaz heliu-neon și dispozitive care funcționează pe bază de amestecuri de dioxid de carbon necesită conectarea unei puteri electrice considerabile. Dar, după cum arată practica, rezultatul se justifică. Aplicația găsește atât dispozitive cu putere redusă, cât și dispozitive cu potențial de forță mare.

concluzie

Posibilitățile amestecurilor de gaze cu descărcare în ceea ce privește aplicarea lor în instalațiile cu laser nu au fost încă suficient dezvoltate. Cu toate acestea, cererea pentru un astfel de echipament a crescut mult și cu succes, formând o nișă adecvată pe piață. Laserul cu gaz a fost cel mai utilizat pe scară largă în industrie. Este folosit ca instrument pentru tăierea punctuală și precisă a materialelor solide. Dar există factori care împiedică distribuirea unui astfel de echipament. În primul rând, este o uzură rapidă a bazei elementale, ceea ce reduce longevitatea instrumentelor. În al doilea rând, există cerințe înalte pentru a asigura descărcarea electrică necesară pentru formarea fasciculului.