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 značajku imaju mješavine plinova koje djeluju kao aktivna tvar u laserskim instalacijama. Istodobno, 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 poduzeća.
Obilježja djelovanja plinskog medija
Tradicionalno, laseri su povezani s čvrstim i tekućim medijima koji doprinose formiranju svjetlosnog snopa s potrebnim performansama. U ovom slučaju, plin ima prednosti ujednačenosti i niske gustoće. Ove kvalitetedopustiti da se laserska zraka ne izobliči, da ne izgubi energiju i da se ne rasprši. Također, plinski laser karakterizira povećana usmjerenost zračenja, čija je granica određena samo difrakcijom svjetlosti. U usporedbi s čvrstim tvarima, međudjelovanje čestica plina događa se isključivo tijekom sudara u uvjetima toplinskog pomaka. Kao rezultat toga, energetski spektar punila odgovara energetskoj razini svake čestice zasebno.
Plinski laserski uređaj
Klasični uređaj takvih uređaja čini zatvorena cijev s plinovitim funkcionalnim medijem, kao i optički rezonator. Cijev za pražnjenje obično je izrađena od korundne keramike. Postavljen je između reflektirajuće prizme i zrcala na berilijskom cilindru. Pražnjenje se provodi u dva dijela sa zajedničkom katodom pri istosmjernoj struji. Hladne katode od tantal-oksida najčešće su podijeljene na dva dijela pomoću dielektričnog odstojnika, koji osigurava jednoliku raspodjelu struja. Također, plinski laserski uređaj osigurava prisutnost anoda - njihovu funkciju obavlja nehrđajući čelik, predstavljen u obliku vakuumskog mijeha. Ovi elementi pružaju fleksibilnu vezu između cijevi, prizme i držača zrcala.
Princip rada
Za punjenje aktivnog tijela u plinu energijom koriste se električna pražnjenja, koja nastaju elektrodama u šupljini cijevi uređaja. Tijekom sudara elektrona s česticama plinauzbuđeni su. To stvara osnovu za emisiju fotona. Stimulirana emisija svjetlosnih valova u cijevi se povećava kako oni prolaze kroz plinsku plazmu. Izložena zrcala na krajevima cilindra čine osnovu za preferencijalni smjer svjetlosnog toka. Prozirno zrcalo, koje je opskrbljeno plinskim laserom, odabire djelić fotona iz usmjerenog snopa, a ostatak se reflektira unutar cijevi, održavajući funkciju zračenja.
Značajke
Unutarnji promjer cijevi za pražnjenje obično je 1,5 mm. Promjer katode od tantal-oksida može doseći 48 mm s duljinom elementa od 51 mm. U ovom slučaju dizajn radi pod djelovanjem istosmjerne struje napona od 1000 V. U helij-neonskim laserima snaga zračenja je mala i u pravilu se izračunava u desetinkama W.
Modeli s ugljičnim dioksidom koriste cijevi promjera od 2 do 10 cm. Važno je napomenuti da plinski laser koji radi u kontinuiranom načinu rada ima vrlo veliku snagu. Sa stajališta operativne učinkovitosti, ovaj faktor je ponekad plus, međutim, za održavanje stabilne funkcije takvih uređaja potrebna su izdržljiva i pouzdana zrcala s poboljšanim optičkim svojstvima. Tehnolozi u pravilu koriste metalne i safirne elemente s obradom zlata.
Različiti laseri
Glavna klasifikacija podrazumijeva podjelu takvih lasera prema vrsti mješavine plinova. Već smo spomenuli karakteristike modela baziranih na tijelu aktivnom ugljičnom dioksidu, ali ičesti su ionski, helij-neonski i kemijski mediji. Za izradu dizajna uređaja, ionski plinski laseri zahtijevaju korištenje materijala visoke toplinske vodljivosti. Posebno se koriste metalokeramički elementi i dijelovi na bazi berilijeve keramike. Helij-neonski mediji mogu djelovati na različitim valnim duljinama u infracrvenom zračenju i u spektru vidljive svjetlosti. Rezonatorska zrcala takvih uređaja razlikuju se po prisutnosti višeslojnih dielektričnih premaza.
Kemijski laseri predstavljaju zasebnu kategoriju plinskih cijevi. Oni također uključuju korištenje plinskih mješavina kao radnog medija, ali proces stvaranja svjetlosnog zračenja osigurava se kemijskom reakcijom. To jest, plin se koristi za kemijsku ekscitaciju. Uređaji ove vrste imaju prednost jer mogu izravno pretvoriti kemijsku energiju u elektromagnetno zračenje.
Upotreba plinskih lasera
Praktički svi laseri ove vrste su vrlo pouzdani, izdržljivi i pristupačni. Ovi čimbenici doveli su do njihove široke upotrebe u raznim industrijama. Primjerice, helij-neonski uređaji našli su primjenu u operacijama niveliranja i podešavanja koje se izvode u rudarskim radovima, u brodogradnji, kao i u izgradnji raznih građevina. Osim toga, karakteristike helij-neonskih lasera prikladne su za korištenje u organiziranju optičkih komunikacija, u razvoju holografskih materijala i kvantnih žiroskopa. Nije bio iznimka u smislu praktičnih koristi iargonski plinski laser, čija primjena pokazuje učinkovitost u području obrade materijala. Konkretno, takvi uređaji služe kao rezač tvrdih stijena i metala.
recenzije plinskog lasera
Ako lasere razmotrimo s gledišta povoljnih operativnih svojstava, mnogi korisnici primjećuju visoku usmjerenost i ukupnu kvalitetu svjetlosnog snopa. Takve karakteristike mogu se objasniti malim udjelom optičkih izobličenja, bez obzira na temperaturne uvjete okoline. Što se tiče nedostataka, potreban je veliki napon da bi se otključao potencijal plinovitih medija. Osim toga, helij-neonski plinski laser i uređaji na bazi mješavine ugljičnog dioksida zahtijevaju značajnu količinu električne energije za spajanje. Ali, kao što pokazuje praksa, rezultat se opravdava. Koriste se i uređaji male snage i uređaji s velikim potencijalom snage.
Zaključak
Mogućnosti mješavina s plinskim pražnjenjem u smislu njihove uporabe u laserskim sustavima još uvijek su nedovoljno savladane. Ipak, potražnja za takvom opremom već duže vrijeme uspješno raste, formirajući odgovarajuću nišu na tržištu. Plinski laser dobio je najveću distribuciju u industriji. Koristi se kao alat za precizno i precizno rezanje čvrstih materijala. Ali postoje i čimbenici koji ometaju širenje takve opreme. Prvo, ovo je brzo trošenje baze elemenata, što smanjuje trajnost uređaja. Drugo, postoje visoki zahtjevi za osiguranje električnog pražnjenja,potrebno za formiranje grede.
