Plynový laser: popis, vlastnosti, princíp činnosti

Hlavným pracovným komponentom každého laserového zariadenia je tzv. Aktívne médium. Nielenže pôsobí ako zdroj riadeného toku, ale v niektorých prípadoch ho môže výrazne posilniť. To je práve znak plynových zmesí, ktoré pôsobia ako aktívne látky v laserových inštaláciách. V tomto prípade existujú rozličné modely podobných zariadení, ktoré sa líšia tak dizajnom, ako aj charakteristikami pracovného prostredia. Tak či onak, plynový laser má mnoho výhod, ktoré mu umožnili zaujať pevné miesto v arzenáli mnohých priemyselných podnikov.

Vlastnosti plynového prostredia

Tradične sú lasery spojené s pevnými a kvapalnými médiami, ktoré podporujú tvorbu svetelného lúča s potrebnými výkonnostnými charakteristikami. Plyn má výhody vo forme homogenity a nízkej hustoty. Tieto vlastnosti umožňujú, aby tok laseru nebol deformovaný, aby nestratil energiu a aby sa nerozptýlil. Aj plynový laser sa vyznačuje zvýšeným smerom žiarenia, ktorého hranica je určená len difrakciou svetla. V porovnaní s pevnými telesami dochádza k interakcii častíc plynov výhradne pri kolíziách za podmienok tepelného posunutia. V dôsledku toho energetické spektrum plniva zodpovedá energetickej hladine každej častice oddelene.

Zariadenie plynových laseri

Klasické zariadenie takýchto zariadení je tvorené utesnenou rúrkou s plynným funkčným médiom a tiež optickým rezonátorom. Výbojka je zvyčajne vyrobená z korunovej keramiky. Je umiestnená medzi odrazovým hranolom a zrkadlom na cylindri berýlia. Vybíjanie sa vykonáva v dvoch častiach so spoločnou katódou pri konštantnom prúde. Oxidantantálové studené katódy sa najčastejšie rozdeľujú na dve časti pomocou dielektrického tesnenia, ktoré zaisťuje rovnomerné rozloženie prúdov. Tiež zariadenie plynového lasera zabezpečuje prítomnosť anód - ich funkcia je vykonávaná z nehrdzavejúcej ocele, ktorá je reprezentovaná vo forme vákuových vlnovcov. Tieto prvky poskytujú pohyblivé spojenie rúrok, hranolov a držiakov zrkadiel.

Princíp činnosti

Na naplnenie energie aktívneho telesa v plyne sa používajú elektrické výboje, ktoré sú vytvárané elektródami v dutine prístroja. Počas kolízie elektrónov s plynovými časticami sú vzrušené. Preto vzniká základ pre emisiu fotónov. Nútené vyžarovanie svetelných vĺn v trubici sa počas ich prechodu plynovou plazmou zvyšuje. Odkryté zrkadlá na koncoch valca tvoria základ pre prevládajúci smer svetelného toku. Polopriehľadné zrkadlo, ktoré je dodávané s plynovým laserom, odoberá zlomok fotónov z namiereného lúča a zvyšok sa odráža vo vnútri rúrky a podporuje radiačné funkcie.

charakteristiky

Vnútorný priemer výbojky je zvyčajne 1,5 mm. Priemer katódy oxidu tantalu môže dosiahnuť 48 mm s dĺžkou 51 mm. Konštrukcia pracuje pod vplyvom jednosmerného prúdu s napätím 1000 V. V helium-neónových laserich je výkon žiarenia malý a spravidla sa počíta v desatinách W.

Modely na oxid uhličitý predpokladajú použitie rúrok s priemerom 2 až 10 cm. Treba poznamenať, že plynový laser pracujúci v kontinuálnom režime má veľmi vysoký výkon. Z hľadiska prevádzkovej efektívnosti tento faktor niekedy ide do plusu, avšak za účelom udržania stabilnej funkcie takýchto zariadení sú potrebné trvalé a spoľahlivé zrkadlá so zvýšenými optickými vlastnosťami. Technológovia spravidla používajú kovové a zafírové prvky so spracovaním zlata.

Odrody laserov

Hlavná klasifikácia znamená oddelenie takýchto laserov typom zmesi plynov. Vlastnosti modelov na aktívnom tele oxidu uhličitého už boli spomenuté, ale iónové, hélium-neónové a chemické médiá sú tiež bežné. Pri konštrukcii zariadenia vyžadujú lasery s iónovými plynmi použitie materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou. Konkrétne sa používajú kovokeramické prvky a detaily založené na berýliovej keramike. Hélium-neónové médiá môžu pracovať pri rôznych vlnových dĺžkach z hľadiska infračerveného žiarenia a spektra viditeľného svetla. Zrkadlá rezonátora takýchto zariadení sa vyznačujú prítomnosťou viacvrstvových dielektrických povlakov.

Chemické lasery predstavujú samostatnú kategóriu plynových rúrok. Tiež predpokladajú použitie plynných zmesí ako pracovného média, ale proces tvorby svetelného žiarenia je zabezpečený chemickou reakciou. To znamená, že plyn sa používa na chemické budenie. Zariadenia tohto typu sú výhodné v tom, že v nich je možná priama konverzia chemickej energie na elektromagnetické žiarenie.

Aplikácia plynových laseri

Prakticky všetky lasery tohto typu sa vyznačujú vysokým stupňom spoľahlivosti, trvanlivosti a prijateľnej ceny. Tieto faktory spôsobili ich rozsiahlu distribúciu v rôznych odvetviach. Napríklad hélium-neónové zariadenia našli uplatnenie pri vyrovnávacích a vyrovnávacích operáciách, ktoré sa vykonávajú v baníctve, stavbe lodí a tiež pri konštrukcii rôznych konštrukcií. Navyše vlastnosti hélium-neónových lasery sú vhodné na použitie v organizácii optických komunikácií, vo vývoji holografických materiálov a kvantových gyroskopov. Argon plynový laser, ktorého aplikácia ukazuje účinnosť pri spracovaní materiálov, nebol žiadnou výnimkou z hľadiska praktickej použiteľnosti. Najmä takéto zariadenia slúžia ako rezbár s tvrdými skalami a kovmi.

Recenzie plynových laseri

Ak vezmeme do úvahy lasery z hľadiska výhodných prevádzkových vlastností, mnohí používatelia berú na vedomie vysokú smernosť a celkovú kvalitu svetelného lúča. Takéto charakteristiky možno vysvetliť malou časťou optických deformácií bez ohľadu na okolité teplotné podmienky. Čo sa týka nedostatkov, je potrebné veľké napätie na uvoľnenie potenciálu plynárenských médií. Navyše, hélium-neónový plynový laser a zariadenia pracujúce na báze zmesí oxidu uhličitého vyžadujú pripojenie značnej elektrickej energie. Ale ako ukazuje prax, výsledok sa ospravedlňuje. Aplikácia nájde zariadenia s nízkym výkonom a prístroje s veľkým potenciálom napájania.

záver

Možnosti plynovo-výpustných zmesí z hľadiska ich aplikácie v laserových inštaláciách ešte neboli dostatočne rozvinuté. Napriek tomu sa dopyt po takomto zariadení dlho a úspešne rozrástol a tvoril vhodnú medzeru na trhu. Plynový laser bol najčastejšie používaný v priemysle. Používa sa ako nástroj na bodové a presné rezanie pevných materiálov. Existujú však faktory, ktoré obmedzujú distribúciu takéhoto zariadenia. Po prvé ide o rýchle opotrebenie základne prvkov, čo znižuje dlhú životnosť nástrojov. Po druhé, existujú vysoké požiadavky na zabezpečenie elektrického výboja potrebného na tvorbu lúča.