Hlavným pracovným komponentom každého laserového zariadenia je takzvané aktívne médium. Pôsobí nielen ako zdroj usmerneného toku, ale v niektorých prípadoch ho môže výrazne posilniť. Práve túto vlastnosť majú zmesi plynov, ktoré pôsobia ako účinná látka v laserových zariadeniach. Súčasne existujú rôzne modely takýchto zariadení, ktoré sa líšia tak v dizajne, ako aj v charakteristikách pracovného prostredia. Tak či onak, plynový laser má mnoho výhod, ktoré mu umožnili zaujať pevné miesto v arzenáli mnohých priemyselných podnikov.
Vlastnosti pôsobenia plynného média
Lasery sa tradične spájajú s pevnými a tekutými médiami, ktoré prispievajú k vytvoreniu svetelného lúča s požadovaným výkonom. V tomto prípade má plyn výhody rovnomernosti a nízkej hustoty. Tieto vlastnostiumožňujú, aby sa laserový lúč neskresľoval, nestrácal energiu a nerozptyľoval sa. Plynový laser sa tiež vyznačuje zvýšenou smerovosťou žiarenia, ktorej hranicu určuje iba difrakcia svetla. V porovnaní s pevnými látkami dochádza k interakcii častíc plynu výlučne pri zrážkach za podmienok tepelného posunu. Výsledkom je, že energetické spektrum plniva zodpovedá energetickej úrovni každej častice zvlášť.
Plynové laserové zariadenie
Klasické zariadenie takýchto zariadení tvorí utesnená trubica s plynným funkčným médiom a tiež optický rezonátor. Výbojka je zvyčajne vyrobená z korundovej keramiky. Je umiestnený medzi odrazovým hranolom a zrkadlom na berýliovom valci. Výboj sa vykonáva v dvoch sekciách so spoločnou katódou pri jednosmernom prúde. Studené katódy oxidu tantalu sú najčastejšie rozdelené na dve časti pomocou dielektrickej rozpery, ktorá zabezpečuje rovnomerné rozloženie prúdov. Plynové laserové zariadenie tiež zabezpečuje prítomnosť anód - ich funkciu plní nehrdzavejúca oceľ, prezentovaná vo forme vákuových vlnovcov. Tieto prvky poskytujú flexibilné spojenie medzi rúrkami, hranolom a držiakmi zrkadiel.
Princíp činnosti
Na naplnenie aktívneho tela plynom energiou sa používajú elektrické výboje, ktoré sú generované elektródami v dutine trubice zariadenia. Pri zrážke elektrónov s časticami plynusú nabudení. To vytvára základ pre emisiu fotónov. Stimulovaná emisia svetelných vĺn v trubici sa zvyšuje, keď prechádzajú cez plynovú plazmu. Odkryté zrkadlá na koncoch valca tvoria základ pre preferenčný smer svetelného toku. Priesvitné zrkadlo, ktoré je dodávané s plynovým laserom, vyberie zlomok fotónov zo smerového lúča a zvyšok z nich sa odrazí vo vnútri trubice, pričom zachováva funkciu žiarenia.
Funkcie
Vnútorný priemer výbojovej trubice je zvyčajne 1,5 mm. Priemer katódy oxidu tantalu môže dosiahnuť 48 mm s dĺžkou prvku 51 mm. V tomto prípade konštrukcia funguje pri pôsobení jednosmerného prúdu s napätím 1000 V. V hélium-neónových laseroch je výkon žiarenia malý a spravidla sa počíta v desatinách W.
Modely s oxidom uhličitým používajú trubice s priemerom 2 až 10 cm. Je pozoruhodné, že plynový laser pracujúci v nepretržitom režime má veľmi vysoký výkon. Z hľadiska prevádzkovej efektivity je tento faktor niekedy plusom, avšak na udržanie stabilnej funkcie takýchto zariadení sú potrebné odolné a spoľahlivé zrkadlá s vylepšenými optickými vlastnosťami. Technológovia spravidla používajú kovové a zafírové prvky so zlatou úpravou.
Rôzne lasery
Z hlavnej klasifikácie vyplýva delenie takýchto laserov podľa typu zmesi plynov. Už sme spomenuli vlastnosti modelov na báze aktívneho tela oxidu uhličitého, ale ajbežné sú iónové, hélium-neónové a chemické médiá. Na výrobu konštrukcie zariadenia vyžadujú iónové plynové lasery použitie materiálov s vysokou tepelnou vodivosťou. Používajú sa najmä keramicko-kovové prvky a diely na báze berýliovej keramiky. Hélium-neónové médiá môžu fungovať pri rôznych vlnových dĺžkach v infračervenom žiarení a vo viditeľnom spektre svetla. Rezonátorové zrkadlá takýchto zariadení sa vyznačujú prítomnosťou viacvrstvových dielektrických povlakov.
Chemické lasery predstavujú samostatnú kategóriu plynových trubíc. Zahŕňajú aj použitie plynných zmesí ako pracovného média, ale proces tvorby svetelného žiarenia je zabezpečený chemickou reakciou. To znamená, že plyn sa používa na chemické budenie. Zariadenia tohto typu sú výhodné v tom, že dokážu priamo premieňať chemickú energiu na elektromagnetické žiarenie.
Používanie plynových laserov
Prakticky všetky lasery tohto typu sú vysoko spoľahlivé, odolné a cenovo dostupné. Tieto faktory viedli k ich širokému použitiu v rôznych priemyselných odvetviach. Napríklad hélium-neónové zariadenia našli uplatnenie pri vyrovnávacích a nastavovacích operáciách, ktoré sa vykonávajú v banských prevádzkach, pri stavbe lodí, ako aj pri stavbe rôznych konštrukcií. Okrem toho sú vlastnosti héliovo-neónových laserov vhodné na použitie pri organizovaní optickej komunikácie, pri vývoji holografických materiálov a kvantových gyroskopov. Nebol výnimkou z hľadiska praktických výhod aargónový plynový laser, ktorého aplikácia vykazuje účinnosť v oblasti spracovania materiálov. Takéto zariadenia slúžia najmä ako rezačka tvrdých hornín a kovov.
recenzie plynového laseru
Ak uvažujeme o laseroch z hľadiska výhodných prevádzkových vlastností, mnohí používatelia si všimnú vysokú smerovosť a celkovú kvalitu svetelného lúča. Takéto charakteristiky možno vysvetliť malým podielom optických skreslení, bez ohľadu na okolité teplotné podmienky. Čo sa týka nevýhod, na uvoľnenie potenciálu plynných médií je potrebné veľké napätie. Okrem toho hélium-neónový plynový laser a zariadenia založené na zmesiach oxidu uhličitého vyžadujú na pripojenie značné množstvo elektrickej energie. Ako však ukazuje prax, výsledok sa ospravedlňuje. Používajú sa zariadenia s nízkou spotrebou aj zariadenia s vysokým potenciálom napájania.
Záver
Možnosti plyno-výbojových zmesí z hľadiska ich využitia v laserových systémoch sú stále nedostatočne zvládnuté. Dopyt po takomto zariadení však už dlhú dobu úspešne rastie a tvorí zodpovedajúcu medzeru na trhu. Plynový laser získal najväčšiu distribúciu v tomto odvetví. Používa sa ako nástroj na bodové a presné rezanie plných materiálov. Existujú však aj faktory, ktoré bránia šíreniu takýchto zariadení. Po prvé, ide o rýchle opotrebovanie základne prvku, čo znižuje životnosť zariadení. Po druhé, existujú vysoké požiadavky na poskytovanie elektrického výboja,potrebné na vytvorenie lúča.
