Hlavní pracovní součástí každého laserového zařízení je tzv. aktivní médium. Působí nejen jako zdroj usměrněného proudění, ale v některých případech jej může výrazně posílit. Přesně tuto vlastnost mají směsi plynů, které působí jako účinná látka v laserových instalacích. Současně existují různé modely takových zařízení, které se liší jak v designu, tak ve vlastnostech pracovního prostředí. Tak či onak má plynový laser mnoho výhod, které mu umožnily zaujmout pevné místo v arzenálu mnoha průmyslových podniků.
Vlastnosti působení plynného média
Tradičně jsou lasery spojeny s pevnými a kapalnými médii, která přispívají k vytvoření světelného paprsku s požadovaným výkonem. V tomto případě má plyn výhody rovnoměrnosti a nízké hustoty. Tyto vlastnostiumožňují, aby se laserový paprsek nezkresloval, neztrácel energii a nerozptyloval se. Také plynový laser se vyznačuje zvýšenou směrovostí záření, jejíž mez je určena pouze difrakcí světla. Ve srovnání s pevnými látkami dochází k interakci částic plynu výhradně při srážkách za podmínek tepelného posunu. Výsledkem je, že energetické spektrum plniva odpovídá energetické úrovni každé částice zvlášť.
Plynové laserové zařízení
Klasické zařízení takových zařízení tvoří utěsněná trubice s plynným funkčním prostředím a také optický rezonátor. Výbojová trubice je obvykle vyrobena z korundové keramiky. Je umístěn mezi odrazným hranolem a zrcadlem na beryliovém válci. Výboj se provádí ve dvou sekcích se společnou katodou na stejnosměrný proud. Studené katody oxidu tantalu se nejčastěji rozdělují na dvě části pomocí dielektrické rozpěrky, která zajišťuje rovnoměrné rozložení proudů. Plynové laserové zařízení také zajišťuje přítomnost anod - jejich funkci plní nerezová ocel, prezentovaná ve formě vakuových měchů. Tyto prvky poskytují flexibilní spojení mezi trubkami, hranolem a držáky zrcátek.
Funkční princip
K naplnění aktivního těla plynem energií se používají elektrické výboje, které jsou generovány elektrodami v dutině trubice zařízení. Při srážce elektronů s částicemi plynujsou vzbuzeni. To vytváří základ pro emisi fotonů. Stimulovaná emise světelných vln v trubici se zvyšuje, když procházejí plynným plazmatem. Odkrytá zrcadla na koncích válce tvoří základ pro preferenční směr světelného toku. Průsvitné zrcadlo, které je dodáváno s plynovým laserem, vybírá zlomek fotonů ze směrového paprsku a zbytek z nich se odráží uvnitř trubice a zachovává funkci záření.
Funkce
Vnitřní průměr výbojové trubice je obvykle 1,5 mm. Průměr katody oxidu tantalu může dosáhnout 48 mm s délkou prvku 51 mm. V tomto případě pracuje konstrukce při působení stejnosměrného proudu s napětím 1000 V. U heliem-neonových laserů je výkon záření malý a zpravidla se počítá v desetinách W.
Modely s oxidem uhličitým používají trubky o průměru 2 až 10 cm. Je pozoruhodné, že plynový laser pracující v kontinuálním režimu má velmi vysoký výkon. Z hlediska provozní efektivity je tento faktor někdy plusem, nicméně pro udržení stabilní funkce takových zařízení jsou vyžadována odolná a spolehlivá zrcadla s vylepšenými optickými vlastnostmi. Technologové zpravidla používají kovové a safírové prvky s úpravou zlata.
Různé druhy laserů
Z hlavní klasifikace vyplývá rozdělení takových laserů podle typu plynné směsi. Již jsme zmínili vlastnosti modelů založených na aktivním těle oxidu uhličitého, ale takéiontová, helium-neonová a chemická média jsou běžná. Pro výrobu konstrukce zařízení vyžadují iontové plynové lasery použití materiálů s vysokou tepelnou vodivostí. Používají se zejména keramicko-kovové prvky a díly na bázi beryliové keramiky. Hélium-neonová média mohou pracovat na různých vlnových délkách v infračerveném záření a ve spektru viditelného světla. Zrcadla rezonátorů těchto zařízení se vyznačují přítomností vícevrstvých dielektrických povlaků.
Chemické lasery představují samostatnou kategorii plynových trubic. Zahrnují také použití plynných směsí jako pracovního média, ale proces vzniku světelného záření je zajištěn chemickou reakcí. To znamená, že plyn se používá k chemickému buzení. Zařízení tohoto typu jsou výhodná v tom, že dokážou přímo přeměnit chemickou energii na elektromagnetické záření.
Použití plynových laserů
Prakticky všechny lasery tohoto typu jsou vysoce spolehlivé, odolné a cenově dostupné. Tyto faktory vedly k jejich širokému použití v různých průmyslových odvětvích. Například helium-neonová zařízení našla uplatnění při nivelačních a seřizovacích operacích, které se provádějí při důlních operacích, při stavbě lodí a také při stavbě různých konstrukcí. Kromě toho jsou vlastnosti heliem-neonových laserů vhodné pro použití při organizování optické komunikace, při vývoji holografických materiálů a kvantových gyroskopů. Nebyla výjimkou, pokud jde o praktické výhody aargonový plynový laser, jehož aplikace vykazuje efektivitu v oblasti zpracování materiálů. Taková zařízení slouží zejména jako řezačka tvrdých hornin a kovů.
Recenze plynového laseru
Uvažujeme-li lasery z hlediska výhodných provozních vlastností, mnoho uživatelů zaznamenává vysokou směrovost a celkovou kvalitu světelného paprsku. Tyto charakteristiky lze vysvětlit malým podílem optických zkreslení, bez ohledu na okolní teplotní podmínky. Pokud jde o nevýhody, k odblokování potenciálu plynných médií je potřeba velké napětí. Navíc helium-neonový plynový laser a zařízení na bázi směsí oxidu uhličitého vyžadují k připojení značné množství elektrické energie. Ale jak ukazuje praxe, výsledek se ospravedlňuje. Používají se zařízení s nízkou spotřebou i zařízení s vysokým energetickým potenciálem.
Závěr
Možnosti plyno-výbojových směsí z hlediska jejich využití v laserových systémech jsou stále nedostatečně zvládnuty. Poptávka po takovém zařízení však již dlouhou dobu úspěšně roste a tvoří odpovídající mezeru na trhu. Plynový laser získal největší rozšíření v průmyslu. Používá se jako nástroj pro bodové a přesné řezání plných materiálů. Existují však také faktory, které brání šíření takového zařízení. Za prvé se jedná o rychlé opotřebení základny prvku, což snižuje životnost zařízení. Za druhé, existují vysoké požadavky na poskytování elektrického výboje,potřebné k vytvoření paprsku.
