Το κύριο συστατικό λειτουργίας οποιασδήποτε συσκευής λέιζερ είναι το λεγόμενο ενεργό μέσο. Δεν λειτουργεί μόνο ως πηγή κατευθυνόμενης ροής, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να την ενισχύσει σημαντικά. Ακριβώς αυτό το χαρακτηριστικό έχουν τα μείγματα αερίων που δρουν ως δραστική ουσία σε εγκαταστάσεις λέιζερ. Ταυτόχρονα, υπάρχουν διαφορετικά μοντέλα τέτοιων συσκευών, τα οποία διαφέρουν τόσο στο σχεδιασμό όσο και στα χαρακτηριστικά του περιβάλλοντος εργασίας. Με τον ένα ή τον άλλο τρόπο, το λέιζερ αερίου έχει πολλά πλεονεκτήματα που του επέτρεψαν να πάρει ισχυρή θέση στο οπλοστάσιο πολλών βιομηχανικών επιχειρήσεων.
Χαρακτηριστικά της δράσης του αερίου μέσου
Παραδοσιακά, τα λέιζερ συνδέονται με στερεά και υγρά μέσα που συμβάλλουν στο σχηματισμό μιας δέσμης φωτός με την απαιτούμενη απόδοση. Σε αυτή την περίπτωση, το αέριο έχει τα πλεονεκτήματα της ομοιομορφίας και της χαμηλής πυκνότητας. Αυτές οι ιδιότητεςαφήστε τη δέσμη λέιζερ να μην παραμορφωθεί, να μην χάσει ενέργεια και να μην διασκορπιστεί. Επίσης, το λέιζερ αερίου χαρακτηρίζεται από αυξημένη κατευθυντικότητα ακτινοβολίας, το όριο της οποίας καθορίζεται μόνο από τη διάθλαση του φωτός. Σε σύγκριση με τα στερεά, η αλληλεπίδραση των σωματιδίων αερίου συμβαίνει αποκλειστικά κατά τη διάρκεια συγκρούσεων υπό συνθήκες θερμικής μετατόπισης. Ως αποτέλεσμα, το ενεργειακό φάσμα του πληρωτικού αντιστοιχεί στο ενεργειακό επίπεδο κάθε σωματιδίου ξεχωριστά.
Συσκευή λέιζερ αερίου
Η κλασική συσκευή τέτοιων συσκευών σχηματίζεται από σφραγισμένο σωλήνα με αέριο λειτουργικό μέσο, καθώς και οπτικό αντηχείο. Ο σωλήνας εκκένωσης είναι συνήθως κατασκευασμένος από κεραμικό κορούνδιο. Τοποθετείται ανάμεσα σε ένα ανακλαστικό πρίσμα και έναν καθρέφτη σε έναν κύλινδρο βηρυλλίου. Η εκκένωση πραγματοποιείται σε δύο τμήματα με κοινή κάθοδο σε συνεχές ρεύμα. Οι ψυχρές κάθοδοι οξειδίου του τανταλίου συνήθως χωρίζονται σε δύο μέρη μέσω ενός διηλεκτρικού διαχωριστή, ο οποίος εξασφαλίζει ομοιόμορφη κατανομή των ρευμάτων. Επίσης, η συσκευή λέιζερ αερίου προβλέπει την παρουσία ανοδίων - η λειτουργία τους εκτελείται από ανοξείδωτο χάλυβα, που παρουσιάζεται με τη μορφή φυσητήρων κενού. Αυτά τα στοιχεία παρέχουν μια ευέλικτη σύνδεση μεταξύ σωλήνων, πρίσματος και στηριγμάτων καθρέφτη.
Αρχή λειτουργίας
Για την πλήρωση του ενεργού σώματος σε αέριο με ενέργεια, χρησιμοποιούνται ηλεκτρικές εκκενώσεις, οι οποίες παράγονται από ηλεκτρόδια στην κοιλότητα του σωλήνα της συσκευής. Κατά τη σύγκρουση ηλεκτρονίων με σωματίδια αερίουδιεγείρονται. Αυτό δημιουργεί τη βάση για την εκπομπή φωτονίων. Η διεγερμένη εκπομπή φωτεινών κυμάτων στον σωλήνα αυξάνεται καθώς περνούν μέσα από το αέριο πλάσμα. Τα εκτεθειμένα κάτοπτρα στα άκρα του κυλίνδρου αποτελούν τη βάση για την προτιμώμενη κατεύθυνση της ροής φωτός. Ένα ημιδιαφανές κάτοπτρο, το οποίο τροφοδοτείται με λέιζερ αερίου, επιλέγει ένα κλάσμα φωτονίων από την κατευθυντική δέσμη και τα υπόλοιπα αντανακλώνται μέσα στον σωλήνα, διατηρώντας τη λειτουργία ακτινοβολίας.
Λειτουργίες
Η εσωτερική διάμετρος του σωλήνα εκκένωσης είναι συνήθως 1,5 mm. Η διάμετρος της καθόδου του οξειδίου του τανταλίου μπορεί να φτάσει τα 48 mm με μήκος στοιχείου 51 mm. Σε αυτή την περίπτωση, ο σχεδιασμός λειτουργεί υπό τη δράση συνεχούς ρεύματος με τάση 1000 V. Στα λέιζερ ηλίου-νέον, η ισχύς ακτινοβολίας είναι μικρή και, κατά κανόνα, υπολογίζεται σε δέκατα του W.
Τα μοντέλα διοξειδίου του άνθρακα χρησιμοποιούν σωλήνες με διάμετρο 2 έως 10 εκ. Αξίζει να σημειωθεί ότι ένα λέιζερ αερίου που λειτουργεί σε συνεχή λειτουργία έχει πολύ υψηλή ισχύ. Από την άποψη της λειτουργικής απόδοσης, αυτός ο παράγοντας είναι μερικές φορές ένα πλεονέκτημα, ωστόσο, για τη διατήρηση μιας σταθερής λειτουργίας τέτοιων συσκευών, απαιτούνται ανθεκτικοί και αξιόπιστοι καθρέφτες με βελτιωμένες οπτικές ιδιότητες. Κατά κανόνα, οι τεχνολόγοι χρησιμοποιούν στοιχεία μετάλλου και ζαφείρι με επεξεργασία χρυσού.
Ποικιλίες λέιζερ
Η κύρια ταξινόμηση συνεπάγεται τη διαίρεση τέτοιων λέιζερ ανάλογα με τον τύπο του μείγματος αερίων. Έχουμε ήδη αναφέρει τα χαρακτηριστικά των μοντέλων που βασίζονται σε ενεργό σώμα διοξειδίου του άνθρακα, αλλά καιιονικά, ηλίου-νέον και χημικά μέσα είναι κοινά. Για την κατασκευή του σχεδιασμού της συσκευής, τα λέιζερ αερίων ιόντων απαιτούν τη χρήση υλικών με υψηλή θερμική αγωγιμότητα. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιούνται κεραμικά-μεταλλικά στοιχεία και εξαρτήματα με βάση κεραμικά βηρυλλίου. Τα μέσα ηλίου-νέον μπορούν να λειτουργήσουν σε διαφορετικά μήκη κύματος στην υπέρυθρη ακτινοβολία και στο φάσμα του ορατού φωτός. Οι καθρέφτες αντηχείων τέτοιων συσκευών διακρίνονται από την παρουσία πολυστρωματικών διηλεκτρικών επιστρώσεων.
Τα χημικά λέιζερ αντιπροσωπεύουν μια ξεχωριστή κατηγορία σωλήνων αερίου. Περιλαμβάνουν επίσης τη χρήση μειγμάτων αερίων ως μέσο εργασίας, αλλά η διαδικασία σχηματισμού της φωτεινής ακτινοβολίας παρέχεται από μια χημική αντίδραση. Δηλαδή, το αέριο χρησιμοποιείται για χημική διέγερση. Οι συσκευές αυτού του τύπου είναι πλεονεκτικές καθώς μπορούν να μετατρέψουν απευθείας τη χημική ενέργεια σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Χρήση λέιζερ αερίου
Πρακτικά όλα τα λέιζερ αυτού του τύπου είναι εξαιρετικά αξιόπιστα, ανθεκτικά και οικονομικά. Αυτοί οι παράγοντες έχουν οδηγήσει στην ευρεία χρήση τους σε διάφορους κλάδους. Για παράδειγμα, οι συσκευές ηλίου-νέον έχουν βρει εφαρμογή σε εργασίες ισοπέδωσης και προσαρμογής που εκτελούνται στις εργασίες ορυχείων, στη ναυπηγική, καθώς και στην κατασκευή διαφόρων κατασκευών. Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά των λέιζερ ηλίου-νέον είναι κατάλληλα για χρήση στην οργάνωση οπτικών επικοινωνιών, στην ανάπτυξη ολογραφικών υλικών και κβαντικών γυροσκόπιων. Δεν αποτελούσε εξαίρεση όσον αφορά τα πρακτικά οφέλη καιlaser αερίου αργού, η εφαρμογή του οποίου δείχνει αποτελεσματικότητα στον τομέα της επεξεργασίας υλικών. Συγκεκριμένα, τέτοιες συσκευές χρησιμεύουν ως κόφτης σκληρών πετρωμάτων και μετάλλων.
Κριτικές λέιζερ αερίου
Αν εξετάσουμε τα λέιζερ από την άποψη των πλεονεκτικών λειτουργικών ιδιοτήτων, πολλοί χρήστες σημειώνουν την υψηλή κατευθυντικότητα και τη συνολική ποιότητα της δέσμης φωτός. Τέτοια χαρακτηριστικά μπορούν να εξηγηθούν από ένα μικρό ποσοστό οπτικών παραμορφώσεων, ανεξάρτητα από τις συνθήκες θερμοκρασίας περιβάλλοντος. Όσον αφορά τα μειονεκτήματα, απαιτείται μεγάλη τάση για να ξεκλειδώσει το δυναμικό των αερίων μέσων. Επιπλέον, ένα λέιζερ αερίου ηλίου-νέον και συσκευές που βασίζονται σε μείγματα διοξειδίου του άνθρακα απαιτούν σημαντική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας για τη σύνδεση. Αλλά, όπως δείχνει η πρακτική, το αποτέλεσμα δικαιολογείται. Χρησιμοποιούνται τόσο συσκευές χαμηλής κατανάλωσης όσο και συσκευές με υψηλό δυναμικό ισχύος.
Συμπέρασμα
Οι δυνατότητες των μιγμάτων εκκένωσης αερίου όσον αφορά τη χρήση τους σε συστήματα λέιζερ εξακολουθούν να είναι ανεπαρκείς. Ωστόσο, η ζήτηση για τέτοιο εξοπλισμό αυξάνεται με επιτυχία εδώ και πολύ καιρό, δημιουργώντας μια αντίστοιχη θέση στην αγορά. Το λέιζερ αερίου έχει λάβει τη μεγαλύτερη διανομή στον κλάδο. Χρησιμοποιείται ως εργαλείο για σημειακή και ακριβή κοπή στερεών υλικών. Υπάρχουν όμως και παράγοντες που εμποδίζουν τη διάδοση τέτοιου εξοπλισμού. Πρώτον, πρόκειται για γρήγορη φθορά της βάσης στοιχείου, η οποία μειώνει την ανθεκτικότητα των συσκευών. Δεύτερον, υπάρχουν υψηλές απαιτήσεις για την παροχή ηλεκτρικής εκκένωσης,χρειάζεται για να σχηματιστεί η δοκός.
