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 засили. Именно тази характеристика притежават газовите смеси, които действат като активно вещество в лазерните инсталации. В същото време има различни модели такива устройства, които се различават както по дизайн, така и по характеристиките на работната среда. По един или друг начин газовият лазер има много предимства, които му позволиха да заеме силно място в арсенала на много промишлени предприятия.
Характеристики на действието на газовата среда
Традиционно лазерите се свързват с твърди и течни среди, които допринасят за образуването на светлинен лъч с необходимата производителност. В този случай газът има предимствата на еднородност и ниска плътност. Тези качествапозволяват на лазерния лъч да не се изкривява, да не губи енергия и да не се разсейва. Също така, газовият лазер се характеризира с повишена насоченост на излъчване, чиято граница се определя само от дифракцията на светлината. В сравнение с твърдите тела, взаимодействието на газовите частици се случва изключително по време на сблъсъци при условия на термично изместване. В резултат на това енергийният спектър на пълнителя съответства на енергийното ниво на всяка частица поотделно.
Газово лазерно устройство
Класическото устройство на такива устройства се формира от херметична тръба с газообразна функционална среда, както и оптичен резонатор. Изпускателната тръба обикновено е изработена от корундова керамика. Поставя се между отразяваща призма и огледало върху берилиев цилиндър. Разрядът се извършва в две секции с общ катод при постоянен ток. Студените катоди от танталов оксид най-често се разделят на две части посредством диелектричен дистанционер, който осигурява равномерно разпределение на токовете. Също така, газовото лазерно устройство предвижда наличието на аноди - тяхната функция се изпълнява от неръждаема стомана, представена под формата на вакуумни мехове. Тези елементи осигуряват гъвкава връзка между тръби, призми и държачи за огледала.
Принцип на работа
За напълване на активното тяло в газ с енергия се използват електрически разряди, които се генерират от електроди в кухината на тръбата на устройството. По време на сблъсък на електрони с газови частиците са възбудени. Това създава основата за излъчване на фотони. Стимулираното излъчване на светлинни вълни в тръбата се увеличава, когато те преминават през газовата плазма. Откритите огледала в краищата на цилиндъра формират основата за преференциалната посока на светлинния поток. Полупрозрачно огледало, което е снабдено с газов лазер, избира част от фотоните от насочения лъч, а останалите се отразяват вътре в тръбата, поддържайки функцията на излъчване.
Функции
Вътрешният диаметър на изпускателната тръба обикновено е 1,5 мм. Диаметърът на катода от танталов оксид може да достигне 48 mm с дължина на елемента 51 mm. В този случай конструкцията работи под действието на постоянен ток с напрежение 1000 V. При хелий-неоновите лазери мощността на излъчване е малка и като правило се изчислява в десети от W.
Моделите с въглероден диоксид използват тръби 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 е плюс, но за поддържане на стабилна функция на такива устройства са необходими издръжливи и надеждни огледала с подобрени оптични свойства. По правило технолозите използват метални и сапфирени елементи със златна обработка.
Разновидности на лазерите
Основната класификация предполага разделянето на такива лазери според вида на газовата смес. Вече споменахме характеристиките на моделите, базирани на активно тяло с въглероден диоксид, но също такайонни, хелиево-неонови и химически среди са често срещани. За производството на дизайна на устройството йонните газови лазери изискват използването на материали с висока топлопроводимост. По-специално се използват металокерамични елементи и части на основата на берилиева керамика. Хелий-неоновата среда може да работи при различни дължини на вълната в инфрачервеното лъчение и във видимия светлинен спектър. Резонаторните огледала на такива устройства се отличават с наличието на многослойни диелектрични покрития.
Химическите лазери представляват отделна категория газови тръби. Те също така включват използването на газови смеси като работна среда, но процесът на образуване на светлинно излъчване се осигурява от химическа реакция. Тоест газът се използва за химическо възбуждане. Устройствата от този тип са изгодни с това, че могат директно да преобразуват химическата енергия в електромагнитно излъчване.
Използване на газови лазери
Практически всички лазери от този тип са високонадеждни, издръжливи и достъпни. Тези фактори доведоха до широкото им използване в различни индустрии. Например, хелиево-неоновите устройства са намерили приложение в операциите по нивелиране и регулиране, които се извършват при минни операции, в корабостроенето, както и при изграждането на различни конструкции. В допълнение, характеристиките на хелий-неоновите лазери са подходящи за използване при организиране на оптични комуникации, при разработването на холографски материали и квантови жироскопи. Не беше изключение по отношение на практическите ползи иаргонов газов лазер, чието приложение показва ефективност в областта на обработката на материали. По-специално, такива устройства служат като нож за твърди скали и метали.
Прегледи за газов лазер
Ако разглеждаме лазерите от гледна точка на изгодните експлоатационни свойства, много потребители отбелязват високата насоченост и цялостното качество на светлинния лъч. Такива характеристики могат да се обяснят с малка част от оптичните изкривявания, независимо от условията на околната температура. Що се отнася до недостатъците, е необходимо голямо напрежение, за да се отключи потенциалът на газообразните среди. В допълнение, хелий-неоновият газов лазер и устройствата, базирани на смеси от въглероден диоксид, изискват значително количество електрическа енергия, за да бъдат свързани. Но, както показва практиката, резултатът се оправдава. Използват се както устройства с ниска мощност, така и устройства с висок потенциал.
Заключение
Възможностите на газоразрядните смеси по отношение на използването им в лазерни системи все още са недостатъчно овладени. Независимо от това, търсенето на такова оборудване успешно расте от дълго време, образувайки съответна ниша на пазара. Газовият лазер е получил най-голямо разпространение в индустрията. Използва се като инструмент за точково и точно рязане на твърди материали. Но има и фактори, възпрепятстващи разпространението на такова оборудване. Първо, това е бързо износване на елементната база, което намалява издръжливостта на устройствата. Второ, има високи изисквания за осигуряване на електрически разряд,необходими за формиране на лъча.
