CO2 laser

Hiilidioksidilaser , hiilidioksidilaser (CO 2 laser ) on yksi ensimmäisistä kaasulasereista ( keksittiin vuonna 1964 [1] ). 2000-luvun alussa se on yksi tehokkaimmista lasereista, jonka jatkuva säteily on jopa 80 kW jatkuvassa tilassa ja jopa satoja MW pulssitilassa Q-kytkennällä [2] . Sen hyötysuhde on jopa 15-20 % [2] . Hiilidioksidilaserit säteilevät infrapuna-alueella aallonpituudella 9,4-10,6 mikronia .

Hiilidioksidilaseria käytetään kaivertamaan kumia ja muovia , leikkaamaan orgaanista lasia ja metalleja sekä hitsaamaan metalleja, mukaan lukien metallit, joilla on erittäin korkea lämmönjohtavuus, kuten alumiini ja messinki .

Laserlaite

Hiilidioksidilaserien aktiivinen väliaine on CO 2 :n , typen (N 2 ) ja heliumin (He) kaasumainen seos. Joskus seokseen lisätään myös vetyä (H 2 ) tai ksenonia (Xe). Epäpuhtaudet ovat välttämättömiä kaasun syttymispotentiaalin vähentämiseksi laserissa, jolloin saadaan ns. Penning-efekti [3] . Kaasupitoisuuksien suhde seoksessa riippuu sen erityisestä toteutuksesta, mutta seoksen CO 2 ja N 2 pitoisuudet ovat yleensä 5–20 %.

Virittyneiden CO 2 -molekyylien populaation inversio saadaan aikaan kaasupurkauksella ja ensin viritetään typpimolekyylien värähtelyt, sitten kun viritetyt typpimolekyylit törmäävät CO 2 -molekyyleihin, osa niiden värähtelyenergiasta siirtyy CO 2 -molekyyleihin . Helium tuottaa edelleen kaasun inversion vähenemistä aktiivisessa väliaineessa, ja putken seinämiä, joissa aktiivinen väliaine on suljettu, jäähdytetään väkisin kaasulla tai vedellä (suurtehoisissa lasereissa).

Koska nämä laserit tuottavat infrapunasäteilyä, niiden optisten elementtien valmistukseen käytetään erikoismateriaaleja. Fabry-Perot-resonaattoripeilit ovat yleensä hopeoituja , ja linssit ja ikkunat on valmistettu germanium- tai sinkkiselenidiyksikiteistä  , materiaaleista, jotka läpäisevät hyvin infrapunasäteilyä toiminta-aallonpituusalueella. Suuritehoisissa lasereissa on suositeltavaa käyttää kullattuja peilejä ja sinkkiselenidia läpinäkyviin optisiin elementteihin. Joskus käytetään erittäin kalliita timanttiikkunoita ja linssejä. Varhaiset CO 2 -laserit käyttivät alkalimetallikloridien ( NaCl , KCl ) yksittäiskiteistä valmistettuja linssejä ja ikkunoita , jotka ovat myös erittäin läpäiseviä infrapunasäteilylle.

Sovellus

Yksi hiilidioksidilaserin pääsovelluksista on sotateknologiassa ja sen käyttö laseretäisyysmittauksissa . Kaukoinfrapunaspektrin erittäin pitkä aallonpituus ei salli sen havaitsemista tavanomaisilla lasersäteilyantureilla, joissa ei ole jäähdytysjärjestelmää ja tarvittavia herkkiä elementtejä. Myös kauko-infrapuna-alueella sumun ja savun vaikutus lasersäteeseen on pienempi [4] .

Muistiinpanot

  1. ↑ Patel, CKNContinuous-Wave Laser Action on Vibrational-Rotational Transitions of CO 2  (englanniksi)  // Physical Review  : Journal. - 1964. - Voi. 136 , nro. 5A . - P.A1187-A1193 . - doi : 10.1103/PhysRev.136.A1187 . - .
  2. ↑ 1 2 Kneubühl M. Sigrist: Laser. 7. Auflage. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8351-0145-6 , S. 229 ff.
  3. ↑ Penning-efekti - Encyclopedia of Physics
  4. ↑ R. C. Harney. CO2-laserit sotilassovelluksiin . - 1.1.1989. - T. 1042 . - S. 42-54 . - doi : 10.1117/12.951261 .
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat