Газовые лазеры

Способ работы любого лазера основывается на интенсификации светового луча. Активная среда для лазера – это одиночные атомы, либо молекулы. Но это также может быть микс из разных веществ и больше зависит от функционала системы при условии интенсификации посредством спровоцированного излучения, которое чаще получается путем накачивания газа электроразрядом. Однако есть газовые лазеры, которые накачивают химическим способом, используя оптическую накачку.

На протяжении всего рабочего процесса газ обычно представляет собой плазму с электрочастицами в высокой концентрации.

Большая часть этих лазеров дают высококачественное излучение, которое практически достигает предела дифракции. Причина в том, что газовая атмосфера имеет незначительное оптическое искажение, независимо от температурных колебаний. Для его нормального функционирования необходимы определенные условия, такие как высокое напряжение и значительная мощность. Определенным видам лазеров, обладающим высокой мощностью, требуются приборы для ускоренного движения газовой смеси.

 

Классификация

Газовые лазеры подразделяются на виды и работают по-разному. Выбор режима зависит от длины волн и интенсивности лучей. Лазеры делятся на группы по видам среды:

1. В нейтральной среде функционируют лазеры на основе гелия и неона, а также те, что работают на парах меди.

2. Ионные работают на свободных ионах. К ним относится лазер на ионах криптона и аргона, лазеры на гелии и кадмии. Лазеры на ионах вырабатывают волны незначительные по мощности и длине.

3. Молекулярные работают на молекулах газа. К ним относят лазеры, функционирующие на СО2 и на углеродной окиси.

Большинство таких лазеров обладают ограниченными переходами с долгосрочной нижней границей. Генерирование приостанавливается, не доходя до состояния со слишком большой населенностью, например как в лазерах, функционирующих на азоте и медных парах. Некоторые виды этих лазеров функционируют также лишь на импульсах, что больше зависит от условий.

 

Описание

Лазер газовый внешне напоминает трубку из стекла, в которой находится смесь из газа низкого давления. Для того чтобы начать работать с лазером, нужно осуществить поджиг, для чего молекулы газа ионизуются при помощи высокого напряжения.

Постоянное движение ионов стимулируется при помощи электрического тока. По обе стороны от трубки располагаются два зеркала. Одно из них хорошо отражает, а второе обладает полупрозрачностью. Через второе зеркало лазерное излучение и выводится.

 

Применение

Лазеры на углекислом газе являются наиболее универсальными, так как имеют самую низкую расходимость и позволяют разместить источник излучения как можно дальше от обрабатываемой поверхности. При этом качество обработки не становится хуже. Это качество очень ценится во время обработки материалов с неровной поверхностью и краями, например при резке, либо гравировке.

 

Лазеры, функционирующие на CО2, могут разрезать не только металлы, но и прочие материалы. Но не стоит применять их для резки сложноструктурированных материалов, таких как гранит или ДСП.

На сегодняшний день наиболее эффективными и в то же время небольшими являются щелевые газовые лазеры, у которых накачка происходит при помощи высокочастотного разряда. Они отличаются тем, что способны работать в суперимпульсном режиме излучения. Поток света у них не являются беспрерывным, он поступает импульсами, частота которых 10-20 кГц. Если мощность в среднем составляет 500 Вт, то мощность в импульсе будет где-то 1-1,5 КВт. Это особенно важно во время резки металлов. Это уменьшает ширину реза, одновременно с тем повышается его качество и понижается порог резки.

Лазеры, функционирующие на импульсах, отлично режут не только сталь, титан и различные их сплавы с алюминием, но и некоторые сплавы с медью. Однако в последнем случае результат больше всего зависит от химсостава.

 

Свойства

Из-за специафики среды газовые лазеры обладают особыми качествами:

1. Прозрачность в широком интервале спектров от УФ области с вакуумом до инфракрасного диапазона. Газовые лазеры способны давать излучение в широком диапазоне длин волн, частота при этом может изменяться больше, чем на 3 порядка.

2. Из-за того, что газы имеют более низкую плотность, чем жидкости и твердые тела, а также более однородны, луч света в газовой среде не так сильно рассеивается или искажается. Таким образом, предел расходимости достигается быстрее.

3. Высокая монохроматичность и направленность.

При использовании газовых лазеров есть возможность корректировать ширину линии увеличения активной среды за счет повышения газового давления.

Небольшая плотность газа не дает плотности возбужденных частиц слишком сильно повышаться, что обычно происходит с твердыми телами. За счет этого у газовых лазеров более низкий удельный энергосъем, чем у лазеров, которые работают в конденсированных средах.