Plinski laser: opis, značilnosti, načelo delovanja

Glavna delovna komponenta katere koli laserske naprave je tako imenovani aktivni medij. Ne deluje le kot vir usmerjenega pretoka, ampak ga lahko v nekaterih primerih znatno okrepi. To je značilnost in imajo mešanice plinov, ki delujejo kot aktivne snovi v laserskih instalacijah. V tem primeru obstajajo različni modeli takih naprav, ki se razlikujejo glede na obliko in značilnosti delovnega okolja. Tako ali drugače ima plinski laser številne prednosti, ki so ji omogočile, da sprejme trdno mesto v arzenalu številnih industrijskih podjetij.

Značilnosti okolja plina

Tradicionalno so laserji povezani s trdnimi in tekočimi mediji, ki spodbujajo oblikovanje svetlobnega snopa s potrebnimi karakteristikami delovanja. Plin ima prednosti v obliki homogenosti in nizke gostote. Te lastnosti omogočajo, da se laserski tok ne izkrivlja, da ne izgubi energije in ne razpada. Tudi plinski laser se odlikuje po povečani smeri sevanja, katere meja določa samo difrakcija svetlobe. V primerjavi s trdnimi telesi se medsebojni vplivi delcev plina pojavljajo izključno pri trčenju v pogojih toplotnega premeščanja. Kot rezultat, energijski spekter polnila ustreza energetska raven vsakega posameznega dela.

Naprava plinskih laserjev

Klasična naprava takšnih naprav tvori zatesnjena cev s plinastim funkcijskim medijem in tudi optični resonator. Iztočna cev je ponavadi narejena iz korundne keramike. Postavljena je med reflektivno prizmo in ogledalo na cilindru berilija. Izpust se izvede v dveh odsekih s skupno katodo pri stalnem toku. Oksidantantalne hladne katode so najpogosteje razdeljene na dva dela s pomočjo dielektričnega tesnila, kar zagotavlja enotnost trenutne porazdelitve. Tudi plinska laserska naprava zagotavlja prisotnost anod - njihova funkcija opravlja nerjavno jeklo, ki je predstavljeno kot vakuumski meh. Ti elementi zagotavljajo premično povezavo cevi, prizme in držal za ogledala.

Načelo delovanja

Da bi napolnili energijo aktivnega telesa v plinu, se uporabljajo električni izpusti, ki jih generirajo elektrode v votlini instrumentne cevi. Med trkom elektronov s plinskimi delci so vznemirjeni. Tako nastane osnova za fotonsko emisijo. Prisilna emisija svetlobnih valov v cevi se poveča med prehodom skozi plinsko plazmo. Izpostavljena ogledala na koncih cilindra so osnova za prevladujočo smer svetlobnega toka. Polprevodniško ogledalo, ki ga dobavi plinski laser, odvzame del fotonov iz usmerjenega žarka, preostali del pa se odraža znotraj cevi, ki podpira funkcijo sevanja.

Značilnosti

Notranji premer izpustne cevi je običajno 1,5 mm. Premer oksid-tantalske katode lahko doseže 48 mm z dolžino 51 mm. V tem primeru projekt deluje pod vplivom enosmernega toka z napetostjo 1000 V. V laserjih s helium-neonsko močjo je sevalna moč majhna in se praviloma izračuna v desetinah W.

Modeli ogljikovega dioksida predvidevajo uporabo cevi s premerom od 2 do 10 cm. Opozoriti je treba, da ima plinski laser, ki deluje v neprekinjenem načinu, zelo veliko moč. Z vidika operativne učinkovitosti ta faktor včasih preide v plus, vendar pa je za ohranjanje stabilne funkcije takšnih naprav potrebna trajna in zanesljiva ogledala z večjimi optičnimi lastnostmi. Tehnologi praviloma uporabljajo kovinske in safirne elemente z obdelavo zlata.

Sorte laserjev

Glavna klasifikacija pomeni ločitev takšnih laserjev z vrsto mešanice plinov. Značilnosti modelov na aktivnem telesu ogljikovega dioksida so že omenjene, vendar so pogosti tudi ionski, heliumski in kemični mediji. Za izdelavo naprave laserji za ionski plin zahtevajo uporabo materialov z visoko toplotno prevodnostjo. Zlasti se uporabljajo kovinsko-keramični elementi in podrobnosti na osnovi berilijske keramike. Mediji s helijevim neonom lahko delujejo na različnih valovnih dolžinah vzdolž infrardeče sevanje in v spektru vidne svetlobe. Ogledala rezonatorja takšnih naprav se odlikujejo po prisotnosti večplastnih dielektričnih prevlek.

Kemijski laserji predstavljajo ločeno kategorijo plinskih cevi. Predlagajo tudi uporabo mešanic plina kot delovnega medija, vendar pa postopek tvorbe svetlobnega sevanja zagotavlja kemijska reakcija. To pomeni, da se plin uporablja za kemično vzbujanje. Naprave te vrste so ugodne, ker je v njih mogoče neposredno pretvorbo kemične energije v elektromagnetno sevanje.

Uporaba plinskih laserjev

Praktično vsi laserji te vrste odlikujejo visoka stopnja zanesljivosti, trajnosti in dostopne cene. Ti dejavniki so povzročili njihovo široko porazdelitev v različnih panogah. Na primer, helij-neon naprave so našli aplikacijo pri izravnavanju in poravnavi, ki se izvajajo v rudarstvu, ladjedelništvu, pa tudi pri gradnji različnih struktur. Poleg tega, značilnosti helijskega neona laserji so primerni za uporabo pri organizaciji optičnih komunikacij, pri razvoju holografskih materialov in kvantnih žiroskopov. Laserski plin argona, katerega uporaba kaže učinkovitost pri predelavi materialov, ni bila izjema glede praktične uporabnosti. Zlasti takšne naprave služijo kot rezkar trdih kamnin in kovin.

Če upoštevamo laserje glede na ugodne operativne lastnosti, mnogi uporabniki opažajo visoko usmerljivost in splošno kakovost svetlobnega žarka. Take značilnosti je mogoče razložiti z majhnim delom optičnih izkrivljanj, ne glede na pogoje temperature okolice. Kar zadeva pomanjkljivosti, je potrebna velika napetost za odklepanje potenciala plinskih medijev. Poleg tega je laser s plinom s helijem in neonskimi napravami, ki delujejo na podlagi mešanic ogljikovega dioksida, potreben priklop znatne električne energije. Toda, kot kaže praksa, se rezultat opravičuje. Aplikacija najde naprave z nizko porabo energije in naprave z velikim potencialom moči.

Zaključek

Možnosti mešanic plinov v smislu njihove uporabe v laserskih instalacijah še niso dovolj razvite. Kljub temu pa se je povpraševanje po takšni opremi dolgo in uspešno povečalo, tako da je na trgu oblikovala ustrezno nišo. Plinski laser je bil najpogosteje uporabljen v industriji. Uporablja se kot orodje za natančno in natančno rezanje trdnih materialov. Vendar pa obstajajo dejavniki, ki zadržijo distribucijo takšne opreme. Prvič, to je hitro obraba elementarne osnove, kar zmanjšuje dolgoživost instrumentov. Drugič, obstajajo visoke zahteve za zagotovitev električnega praznjenja, potrebnega za tvorbo žarkov.