Углекислотный лазер

Углекислотный ла́зер, лазер на углекислом газе (CO2-лазер) — один из первых типов газовых лазеров (изобретён в 1964 году[1]). На начало XXI века — один из самых мощных лазеров с непрерывным излучением с КПД, достигающим 20 %. Углекислотные лазеры излучают в инфракрасном диапазоне, с длиной волны от 9,4 до 10,6 мкм.

Поверхность исследуемой мишени мгновенно испаряется и вспыхивает при облучении мощным длительным импульсом углекислотного лазера (излучает десятки киловатт инфракрасного излучения). Оператор стоит за листами плексигласа, непрозрачного в инфракрасном свете.

Углекислотный лазер используется для гравировки резины и пластика, резки органического стекла и металлов, сварки металлов, в том числе металлов с очень высокой теплопроводностью, таких как алюминий и латунь.


Устройство лазера

Активной средой углекислотных лазеров является газообразная смесь CO2, азота (N2), гелия (He). Иногда в смесь также добавляется водород (H2) или ксенон (Xe). Примеси необходимы для снижения потенциала зажигания газа в лазере, обеспечения т. н. эффекта Пеннинга[2]. Соотношение концентраций газов в смеси зависит от его конкретной реализации, но концентрации CO2 и N2 в смеси обычно составляют 5—20 %.

Инверсия населённостей возбуждённых молекул CO2 достигается с помощью газового разряда, причём сначала возбуждаются колебания молекул азота, затем при столкновении возбуждённых молекул азота с молекулами CO2 часть их колебательной энергии передаётся молекулам CO2. Дальнейшее понижение инверсии газа в активной среде производится гелием, а стенки трубки, в которую заключена активная среда, принудительно охлаждается газом или водой (в мощных лазерах).

Так как эти лазеры генерируют ИК-излучение, для изготовления их оптических элементов используются специальные материалы. Зеркала резонатора Фабри-Перо обычно имеют серебряное напыление, а линзы и окна изготавливают из монокристаллов германия или селенида цинка — материалов, хорошо прозрачных для инфракрасного излучения в рабочем диапазоне длин волн. В мощных лазерах предпочтительнее использование позолоченных зеркал и селенида цинка для прозрачных оптических элементов. Иногда применяют весьма дорогие алмазные окна и линзы. В ранних CO2-лазерах использовались линзы и окна, изготовленные из монокристаллов хлоридов щелочных металлов (NaCl, KCl), также хорошо прозрачных для инфракрасного излучения.

Применение

Одно из основных применений углекислотного лазера связано с военными технологиями и использованием его в лазерных дальномерах прицелов. Очень большая длина волны в дальнем инфракрасном спектре не позволяет его обнаружить обычными датчиками лазерного облучения, не имеющими системы охлаждения и необходимых чувствительных элементов. Также в дальнем инфракрасном диапазоне на луч лазера меньше влияние тумана и дыма[3].

Примечания
  1. Patel, C. K. N. Continuous-Wave Laser Action on Vibrational-Rotational Transitions of CO2 (англ.) // Physical Review : journal. — 1964. — Vol. 136, no. 5A. — P. A1187—A1193. — doi:10.1103/PhysRev.136.A1187. — .
  2. Пеннинга эффект - Физическая энциклопедия
  3. R. C. Harney. CO2 Lasers For Military Applications. — 1989-01-01. — Т. 1042. — С. 42—54. — doi:10.1117/12.951261.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.