جزء اصلی کار هر دستگاه لیزر به اصطلاح محیط فعال است. این نه تنها به عنوان منبع جریان هدایت شده عمل می کند، بلکه در برخی موارد می تواند آن را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. دقیقاً همین ویژگی است که مخلوط های گازی که به عنوان یک ماده فعال در تاسیسات لیزری عمل می کنند، دارند. در عین حال، مدل های مختلفی از چنین دستگاه هایی وجود دارد که هم در طراحی و هم در ویژگی های محیط کار با هم تفاوت دارند. لیزر گازی به هر نحوی مزایای بسیاری دارد که به آن اجازه داده است در زرادخانه بسیاری از شرکت‌های صنعتی جایگاهی قوی داشته باشد.
ویژگی های عملکرد محیط گاز
به طور سنتی، لیزرها با محیط های جامد و مایع همراه هستند که به تشکیل یک پرتو نور با عملکرد مورد نیاز کمک می کنند. در این حالت گاز دارای مزایای یکنواختی و چگالی کم است. این خصوصیاتاجازه دهید پرتو لیزر منحرف نشود، انرژی خود را از دست ندهد و پراکنده نشود. همچنین، لیزر گازی با افزایش جهت تابش مشخص می شود، که حد آن تنها با پراش نور تعیین می شود. در مقایسه با جامدات، برهمکنش ذرات گاز منحصراً در هنگام برخورد تحت شرایط جابجایی حرارتی رخ می دهد. در نتیجه، طیف انرژی پرکننده با سطح انرژی هر ذره به طور جداگانه مطابقت دارد.
دستگاه لیزر گاز
دستگاه کلاسیک چنین دستگاه هایی توسط یک لوله مهر و موم شده با یک محیط عملکردی گازی و همچنین یک تشدید کننده نوری تشکیل می شود. لوله تخلیه معمولا از سرامیک کوراندوم ساخته شده است. بین یک منشور بازتابنده و یک آینه روی یک استوانه بریلیوم قرار می گیرد. تخلیه در دو بخش با یک کاتد مشترک در جریان مستقیم انجام می شود. کاتدهای سرد اکسید تانتالیوم اغلب با استفاده از یک اسپیسر دی الکتریک به دو قسمت تقسیم می شوند که توزیع یکنواخت جریان ها را تضمین می کند. همچنین، دستگاه لیزر گازی وجود آندها را فراهم می کند - عملکرد آنها توسط فولاد ضد زنگ انجام می شود که به شکل دم خلاء ارائه می شود. این عناصر اتصال انعطاف‌پذیری بین لوله‌ها، منشور و نگهدارنده‌های آینه ایجاد می‌کنند.
اصل کار
برای پر کردن جسم فعال در گاز با انرژی، از تخلیه های الکتریکی استفاده می شود که توسط الکترودهایی در حفره لوله دستگاه ایجاد می شود. در هنگام برخورد الکترون ها با ذرات گازآنها برانگیخته می شوند. این زمینه را برای انتشار فوتون ها ایجاد می کند. انتشار تحریک شده امواج نور در لوله با عبور از پلاسمای گاز افزایش می یابد. آینه های نمایان شده در انتهای سیلندر اساس جهت ترجیحی شار نور را تشکیل می دهند. یک آینه نیمه شفاف که با لیزر گازی عرضه می شود، کسری از فوتون ها را از پرتو جهتی انتخاب می کند و بقیه آنها در داخل لوله منعکس می شوند و عملکرد تابش را حفظ می کنند.
ویژگی ها
قطر داخلی لوله تخلیه معمولاً 1.5 میلی متر است. قطر کاتد اکسید تانتالیوم می تواند به 48 میلی متر با طول عنصر 51 میلی متر برسد. در این مورد، طرح تحت اثر جریان مستقیم با ولتاژ 1000 ولت عمل می کند. در لیزرهای هلیوم-نئون، قدرت تابش کم است و به عنوان یک قاعده، بر حسب دهم وات محاسبه می شود.
مدل های دی اکسید کربن از لوله هایی با قطر 2 تا 10 سانتی متر استفاده می کنند.قابل ذکر است که لیزر گازی که در حالت پیوسته کار می کند قدرت بسیار بالایی دارد. از نقطه نظر بازده عملیاتی، این عامل گاهی اوقات یک مزیت است، اما برای حفظ عملکرد پایدار چنین دستگاه هایی، آینه های بادوام و قابل اعتماد با خواص نوری پیشرفته مورد نیاز است. به عنوان یک قاعده، فن‌آوران از عناصر فلزی و یاقوت کبود با استفاده از طلا استفاده می‌کنند.
انواع لیزر
طبقه بندی اصلی دلالت بر تقسیم چنین لیزرهایی بر اساس نوع مخلوط گاز دارد. ما قبلاً به ویژگی های مدل های مبتنی بر بدنه فعال دی اکسید کربن اشاره کرده ایم، بلکه همچنینمحیط های یونی، هلیوم-نئونی و شیمیایی رایج هستند. برای ساخت طراحی دستگاه، لیزرهای گاز یونی نیاز به استفاده از موادی با رسانایی حرارتی بالا دارند. به ویژه از عناصر و قطعات سرامیکی-فلزی بر پایه سرامیک بریلیوم استفاده می شود. رسانه هلیوم-نئون می تواند در طول موج های مختلف در تابش مادون قرمز و در طیف نور مرئی عمل کند. آینه های تشدید کننده چنین دستگاه هایی با حضور پوشش های دی الکتریک چند لایه متمایز می شوند.
لیزرهای شیمیایی دسته جداگانه ای از لوله های گاز را نشان می دهند. آنها همچنین شامل استفاده از مخلوط های گازی به عنوان یک محیط کار هستند، اما فرآیند تشکیل تابش نور توسط یک واکنش شیمیایی فراهم می شود. یعنی از گاز برای تحریک شیمیایی استفاده می شود. دستگاه‌هایی از این نوع از این جهت مفید هستند که می‌توانند انرژی شیمیایی را مستقیماً به تابش الکترومغناطیسی تبدیل کنند.
استفاده از لیزرهای گازی
عملاً تمام لیزرهای این نوع بسیار قابل اعتماد، بادوام و مقرون به صرفه هستند. این عوامل باعث استفاده گسترده از آنها در صنایع مختلف شده است. به عنوان مثال، دستگاه های هلیوم-نئون در عملیات تسطیح و تنظیم که در عملیات معدن، کشتی سازی و همچنین در ساخت سازه های مختلف انجام می شود، کاربرد پیدا کرده اند. علاوه بر این، ویژگی های لیزر هلیوم-نئون برای استفاده در سازماندهی ارتباطات نوری، در توسعه مواد هولوگرافیک و ژیروسکوپ های کوانتومی مناسب است. از نظر فواید عملی مستثنی نبود ولیزر گاز آرگون که کاربرد آن در زمینه پردازش مواد نشان دهنده کارایی است. به ویژه، چنین دستگاه هایی به عنوان برش سنگ ها و فلزات سخت عمل می کنند.
بررسی لیزر گاز
اگر لیزرها را از نقطه نظر خواص عملیاتی سودمند در نظر بگیریم، بسیاری از کاربران به جهت دهی بالا و کیفیت کلی پرتو نور توجه می کنند. چنین ویژگی هایی را می توان با نسبت کوچکی از اعوجاج های نوری، صرف نظر از شرایط دمای محیط توضیح داد. در مورد معایب، ولتاژ زیادی برای باز کردن پتانسیل رسانه گازی مورد نیاز است. علاوه بر این، یک لیزر گاز هلیوم-نئون و دستگاه‌های مبتنی بر مخلوط‌های دی اکسید کربن نیاز به مقدار قابل‌توجهی توان الکتریکی برای اتصال دارند. اما، همانطور که تمرین نشان می دهد، نتیجه خود را توجیه می کند. هم از دستگاه های کم مصرف و هم دستگاه هایی با پتانسیل توان بالا استفاده می شود.
نتیجه گیری
امکانات مخلوط های تخلیه گاز از نظر استفاده از آنها در سیستم های لیزری هنوز به اندازه کافی تسلط ندارند. با این وجود، تقاضا برای چنین تجهیزاتی برای مدت طولانی با موفقیت در حال رشد بوده است و جایگاه مناسبی را در بازار تشکیل می دهد. لیزر گازی بیشترین توزیع را در صنعت داشته است. به عنوان ابزاری برای برش نقطه ای و دقیق مواد جامد استفاده می شود. اما عواملی نیز وجود دارد که مانع گسترش چنین تجهیزاتی می شود. اولا، این سایش سریع پایه عنصر است که دوام دستگاه ها را کاهش می دهد. ثانیا، الزامات زیادی برای تامین تخلیه الکتریکی وجود دارد،برای تشکیل تیر مورد نیاز است.
