Glavna radna komponenta svakog laserskog uređaja je takozvani aktivni medij. Ne samo da djeluje kao izvor usmjerenog toka, već ga u nekim slučajevima može značajno poboljšati. Upravo tu osobinu imaju mješavine plinova koje djeluju kao aktivna supstanca u laserskim instalacijama. Istovremeno, postoje različiti modeli takvih uređaja, koji se razlikuju i po dizajnu i po karakteristikama radnog okruženja. Na ovaj ili onaj način, plinski laser ima mnoge prednosti koje su mu omogućile da zauzme snažno mjesto u arsenalu mnogih industrijskih preduzeća.
Osobine djelovanja gasnog medija
Tradicionalno, laseri su povezani sa čvrstim i tečnim medijima koji doprinose formiranju svetlosnog snopa sa potrebnim performansama. U ovom slučaju, plin ima prednosti ujednačenosti i niske gustine. Ove kvalitetedozvoljavaju da laserski snop ne bude izobličen, da ne gubi energiju i da se ne raspršuje. Također, plinski laser karakterizira povećana usmjerenost zračenja, čija je granica određena samo difrakcijom svjetlosti. U poređenju sa čvrstim materijama, interakcija čestica gasa se dešava isključivo tokom sudara u uslovima termičkog pomeranja. Kao rezultat toga, energetski spektar punila odgovara energetskom nivou svake čestice posebno.
Plinski laserski uređaj
Klasični uređaj ovakvih uređaja čini zatvorena cijev sa gasovitim funkcionalnim medijem, kao i optički rezonator. Cijev za pražnjenje je obično izrađena od korundne keramike. Postavljen je između reflektirajuće prizme i ogledala na berilijumskom cilindru. Pražnjenje se vrši u dva dijela sa zajedničkom katodom na jednosmjernoj struji. Hladne katode od tantal-oksida najčešće se dijele na dva dijela pomoću dielektričnog odstojnika, koji osigurava ravnomjernu raspodjelu struja. Također, plinski laserski uređaj predviđa prisustvo anoda - njihovu funkciju obavlja nehrđajući čelik, predstavljen u obliku vakuumskog mijeha. Ovi elementi obezbeđuju fleksibilnu vezu između cevi, prizme i držača ogledala.
Princip rada
Za punjenje aktivnog tijela u plinu energijom, koriste se električna pražnjenja, koja nastaju elektrodama u šupljini cijevi uređaja. Tokom sudara elektrona sa česticama gasaoni su uzbuđeni. Ovo stvara osnovu za emisiju fotona. Stimulirana emisija svjetlosnih valova u cijevi se povećava kako oni prolaze kroz plinsku plazmu. Izložena ogledala na krajevima cilindra čine osnovu za preferencijalni smjer svjetlosnog toka. Prozirno ogledalo, koje je snabdeveno gasnim laserom, bira deo fotona iz usmerenog snopa, a ostatak se reflektuje unutar cevi, održavajući funkciju zračenja.
Karakteristike
Unutarnji prečnik cevi za pražnjenje je obično 1,5 mm. Promjer katode od tantal-oksida može doseći 48 mm s dužinom elementa od 51 mm. U ovom slučaju, dizajn radi pod dejstvom jednosmerne struje napona od 1000 V. U helijum-neonskim laserima, snaga zračenja je mala i po pravilu se izračunava u desetinkama W.
Modeli sa ugljen-dioksidom koriste cevi prečnika od 2 do 10 cm. Važno je napomenuti da gasni laser koji radi u kontinuiranom režimu ima veoma veliku snagu. Sa stanovišta operativne efikasnosti, ovaj faktor je ponekad plus, međutim, za održavanje stabilne funkcije takvih uređaja potrebna su izdržljiva i pouzdana ogledala s poboljšanim optičkim svojstvima. Po pravilu, tehnolozi koriste metalne i safirne elemente sa tretmanom zlata.
Varieties of lasers
Glavna klasifikacija podrazumijeva podjelu takvih lasera prema vrsti mješavine plina. Već smo spomenuli karakteristike modela baziranih na tijelu aktivnom ugljičnom dioksidu, ali ijonski, helijum-neonski i hemijski mediji su uobičajeni. Za izradu dizajna uređaja, ionski gasni laseri zahtijevaju korištenje materijala visoke toplinske provodljivosti. Posebno se koriste keramičko-metalni elementi i dijelovi na bazi berilijumske keramike. Helijum-neonski mediji mogu da rade na različitim talasnim dužinama u infracrvenom zračenju i u spektru vidljive svetlosti. Rezonatorska ogledala takvih uređaja odlikuju se prisustvom višeslojnih dielektričnih premaza.
Hemijski laseri predstavljaju posebnu kategoriju plinskih cijevi. Oni također uključuju korištenje plinskih mješavina kao radnog medija, ali proces stvaranja svjetlosnog zračenja osigurava se kemijskom reakcijom. Odnosno, gas se koristi za hemijsku ekscitaciju. Uređaji ovog tipa imaju prednost po tome što mogu direktno pretvoriti hemijsku energiju u elektromagnetno zračenje.
Upotreba gasnih lasera
Praktično svi laseri ovog tipa su visoko pouzdani, izdržljivi i pristupačni. Ovi faktori su doveli do njihove široke upotrebe u raznim industrijama. Na primjer, helijum-neonski uređaji našli su primjenu u operacijama niveliranja i podešavanja koje se izvode u rudarskim radovima, u brodogradnji, kao iu izgradnji raznih objekata. Osim toga, karakteristike helijum-neonskih lasera su pogodne za upotrebu u organizaciji optičkih komunikacija, u razvoju holografskih materijala i kvantnih žiroskopa. Nije bio izuzetak u smislu praktičnih koristi iargonski gasni laser, čija primena pokazuje efikasnost u oblasti obrade materijala. Konkretno, takvi uređaji služe kao rezač tvrdih stijena i metala.
Recenzije gasnog lasera
Ako lasere posmatramo sa stanovišta povoljnih operativnih svojstava, mnogi korisnici primećuju visoku usmerenost i ukupni kvalitet svetlosnog snopa. Takve karakteristike se mogu objasniti malim udjelom optičkih izobličenja, bez obzira na temperaturne uslove okoline. Što se tiče nedostataka, potreban je veliki napon da bi se otključao potencijal gasovitih medija. Osim toga, helijum-neonski gasni laser i uređaji bazirani na mješavini ugljičnog dioksida zahtijevaju značajnu količinu električne energije za povezivanje. Ali, kako pokazuje praksa, rezultat se opravdava. Koriste se i uređaji male snage i uređaji sa velikim potencijalom snage.
Zaključak
Mogućnosti mešavina gasnog pražnjenja u smislu njihove upotrebe u laserskim sistemima još uvek su nedovoljno savladane. Ipak, potražnja za takvom opremom već duže vrijeme uspješno raste, formirajući odgovarajuću nišu na tržištu. Gasni laser je dobio najveću rasprostranjenost u industriji. Koristi se kao alat za precizno i precizno sečenje čvrstih materijala. Ali postoje i faktori koji ometaju širenje takve opreme. Prvo, ovo je brzo trošenje baze elemenata, što smanjuje trajnost uređaja. Drugo, postoje visoki zahtjevi za obezbjeđivanje električnog pražnjenja,potrebno za formiranje grede.
