Газов лазер: описание, характеристики, принцип на работа

Основният работен компонент на всяко лазерно устройство е така наречената активна среда. Той не само действа като източник на насочен поток, но в някои случаи може значително да го укрепи. Това е тази особеност и имат газови смеси, които действат като активни вещества в лазерни инсталации. В този случай има различни модели на такива устройства, които се различават по отношение на дизайна и характеристиките на работната среда. По един или друг начин газовият лазер има много предимства, които му позволяват да заеме твърдо място в арсенала на много промишлени предприятия.

Характеристики на газовата среда

Традиционно, лазерите се свързват с твърди и течни среди, които насърчават образуването на светлинен лъч с необходимите характеристики. Газът има предимства под формата на хомогенност и ниска плътност. Тези качества позволяват лазерният поток да не се нарушава, да не губи енергия и да не се разсейва. Също така газовият лазер се отличава с увеличена посока на излъчване, чиято граница определя само дифракция на светлината. В сравнение с твърдите тела взаимодействието на газовите частици се случва изключително при сблъсъци при условия на топлинно изместване. В резултат енергийният спектър на пълнежа съответства на енергийно ниво от всяка частица поотделно.

Устройството за газови лазери

Класическото устройство на такива устройства е оформено от запечатана тръба с газообразна функционална среда, както и оптичен резонатор. Изпускателната тръба обикновено се изработва от корундна керамика. Той се поставя между отразяващата призма и огледалото на берилиевия цилиндър. Изпускането се извършва в две секции с общ катод при постоянен ток. Оксидантантните студени катоди най-често се разделят на две части посредством диелектрично уплътнение, което осигурява еднородност на разпределението на тока. Също така газовото лазерно устройство осигурява наличието на аноди - тяхната функция се изпълнява от неръждаема стомана, представена като вакуумна мембрана. Тези елементи осигуряват подвижна връзка на тръби, призми и държачи на огледала.

Принцип на действие

За да се напълни енергията на активното тяло в газа, се подават електрически заряди, които се генерират от електродите в кухината на тръбата на инструмента. По време на сблъсъка на електрони с газови частици, те са развълнувани. По този начин се създава основата за емисиите на фотон. Принудителното излъчване на светлинни вълни в тръбата се увеличава по време на преминаването им през газова плазма. Откритите огледала в краищата на цилиндъра формират основата за преобладаващата посока на светлинния поток. Полупрозрачното огледало, доставяно от газовия лазер, отнема част от фотоните от насочената греда, а останалата част от тях се отразява вътре в тръбата, поддържаща радиационната функция.

характеристики на

Вътрешният диаметър на изпускателната тръба обикновено е 1,5 мм. Диаметърът на оксид-танталовия катод може да достигне 48 мм с дължина 51 мм. В този случай дизайнът действа под действието на постоянен ток с напрежение 1000 V. В хелиево-неонови лазери радиационната мощност е малка и като правило се изчислява в десети от W.

Моделите на въглероден диоксид предполагат използването на епруветки с диаметър от 2 до 10 см. Трябва да се отбележи, че газовият лазер, работещ в непрекъснат режим, има много висока мощност. От гледна точка на оперативната ефективност, този фактор понякога се превръща в плюс, за да се запази стабилната функция на такива устройства, са необходими трайни и надеждни огледала с повишени оптични свойства. Като правило технолозите използват метални и сапфирни елементи със златопреработване.

Сортове лазери

Основната класификация предполага отделянето на такива лазери от вида на газова смес. Характеристиките на моделите върху активното тяло на въглеродния диоксид вече са споменати, но също са обичайни йонни, хелиево-неонови и химически среди. За конструкцията на устройството йонните газови лазери изискват използването на материали с висока топлопроводимост. По-специално се използват метал-керамични елементи и детайли, базирани на берилиева керамика. Хелий-неоновият носител може да работи при различни дължини на вълните по дължината на инфрачервено лъчение и в спектъра на видимата светлина. Огледалата на резонатора на такива устройства се отличават с наличието на многослойни диелектрични покрития.

Химическите лазери представляват отделна категория газови тръби. Те също така приемат използването на газови смеси като работна среда, но процесът на образуване на светлинно лъчение се осигурява от химическа реакция. Това означава, че газът се използва за химическо възбуждане. Устройства от този тип са благоприятни в това, че директното превръщане на химическата енергия в електромагнитно излъчване е възможно в тях.

Приложение на газови лазери

Почти всички лазери от този тип се отличават с висока степен на надеждност, издръжливост и достъпна цена. Тези фактори доведоха до широко разпространение в различни отрасли. Например, хелий-неонови устройства са намерили приложение при операции по изравняване и подравняване, които се извършват в минното дело, корабостроенето, а също и в изграждането на различни структури. Освен това, характеристики на хелий-неон лазерите са подходящи за използване в организацията на оптичната комуникация, при разработването на холографски материали и квантови жироскопи. Лазерният газ с аргонов газ, чието приложение показва ефективност при обработката на материалите, не е изключение от гледна точка на практическата полза. По-специално, тези устройства служат като резбар от твърди скали и метали.

Ако разглеждаме лазерите по отношение на изгодни експлоатационни свойства, много потребители отбелязват високата насоченост и цялостното качество на светлинния лъч. Такива характеристики могат да бъдат обяснени с малка част от оптичните изкривявания, независимо от условията на околната температура. Що се отнася до недостатъците, необходимо е много напрежение за отключване на потенциала на газовите носители. В допълнение, хелиево-неонов газов лазер и устройства, работещи на базата на смеси от въглероден диоксид, изискват свързването на значителна електрическа мощност. Но, както показва практиката, резултатът се оправдава. Приложението намира както устройства с малка мощност, така и устройства с голям потенциал за сила.

заключение

Възможностите на газовите смеси от гледна точка на тяхното приложение в лазерни инсталации все още не са достатъчно развити. Независимо от това търсенето на такова оборудване отдавна и успешно се разраства, формирайки подходяща ниша на пазара. Газовият лазер е най-широко използван в индустрията. Използва се като инструмент за точково и точно рязане на твърди материали. Но съществуват фактори, които възпрепятстват разпространението на такова оборудване. Първо, това е бързо износване на елементарната основа, което намалява дълголетието на инструментите. На второ място, съществуват високи изисквания, за да се гарантира електрическото изхвърляне, необходимо за образуване на лъча.