Kaikkien laserlaitteiden pääkomponentti on niin kutsuttu aktiivinen väliaine. Se ei toimi vain suunnatun virtauksen lähteenä, vaan voi joissakin tapauksissa parantaa sitä merkittävästi. Juuri tämä ominaisuus on kaasuseoksilla, jotka toimivat aktiivisena aineena laserasennuksissa. Samanaikaisesti tällaisista laitteista on olemassa erilaisia malleja, jotka eroavat toisistaan sekä suunnittelultaan että työympäristön ominaisuuksiltaan. Tavalla tai toisella kaasulaserilla on monia etuja, joiden ansiosta se on saanut vahvan paikan monien teollisuusyritysten arsenaalissa.
Kaasuväliaineen toiminnan ominaisuudet
Perinteisesti laserit yhdistetään kiinteisiin ja nestemäisiin väliaineisiin, jotka edistävät vaaditun suorituskyvyn omaavan valonsäteen muodostumista. Tässä tapauksessa kaasun etuna on tasaisuus ja alhainen tiheys. Nämä ominaisuudetanna lasersäteen olla vääristymättä, olemaan menettämättä energiaa eikä hajoamasta. Myös kaasulaserille on ominaista lisääntynyt säteilyn suuntaavuus, jonka rajan määrää vain valon diffraktio. Kiinteisiin aineisiin verrattuna kaasuhiukkasten vuorovaikutus tapahtuu yksinomaan törmäyksissä lämpösiirtymän olosuhteissa. Tämän seurauksena täyteaineen energiaspektri vastaa kunkin hiukkasen energiatasoa erikseen.
Kaasulaserlaite
Tällaisten laitteiden klassinen laite muodostuu suljetusta putkesta, jossa on kaasumaista toiminnallista väliainetta, sekä optisesta resonaattorista. Purkausputki on yleensä valmistettu korundikeramiikasta. Se asetetaan heijastavan prisman ja berylliumsylinterin peilin väliin. Purkaus suoritetaan kahdessa osassa yhteisellä katodilla tasavirralla. Tantaalioksidikylmät katodit jaetaan useimmiten kahteen osaan dielektrisen välikkeen avulla, mikä varmistaa virtojen tasaisen jakautumisen. Myös kaasulaserlaite tarjoaa anodien läsnäolon - niiden tehtävänä on ruostumaton teräs, joka on esitetty tyhjiöpalkeina. Nämä elementit tarjoavat joustavan liitoksen putkien, prisman ja peilin pidikkeiden välille.
Toimintaperiaate
Aktiivisen kappaleen täyttämiseksi kaasulla energialla käytetään sähköpurkauksia, jotka syntyy laiteputken ontelossa olevista elektrodeista. Elektronien törmäyksen aikana kaasuhiukkasten kanssahe ovat kiihottuneita. Tämä luo perustan fotonien emissionille. Stimuloitu valoa altojen emissio putkessa lisääntyy, kun ne kulkevat kaasuplasman läpi. Paljaat peilit sylinterin päissä muodostavat perustan valovirran ensisijaiselle suunnalle. Läpinäkyvä peili, joka toimitetaan kaasulaserilla, valitsee suunnatusta säteestä osan fotoneista, ja loput niistä heijastuu putken sisään säilyttäen säteilytoiminnon.
Ominaisuudet
Poistoputken sisähalkaisija on yleensä 1,5 mm. Tantaalioksidikatodin halkaisija voi olla 48 mm elementin pituuden ollessa 51 mm. Tässä tapauksessa malli toimii tasavirran vaikutuksesta, jonka jännite on 1000 V. Helium-neonlasereissa säteilyteho on pieni ja se lasketaan pääsääntöisesti W:n kymmenesosissa.
Hiilidioksidimalleissa käytetään putkia, joiden halkaisija on 2-10 cm. On huomionarvoista, että jatkuvassa tilassa toimivalla kaasulaserilla on erittäin suuri teho. Toiminnan tehokkuuden kann alta tämä tekijä on joskus plussa, mutta tällaisten laitteiden vakaan toiminnan ylläpitämiseksi tarvitaan kestäviä ja luotettavia peilejä, joilla on parannetut optiset ominaisuudet. Yleensä teknikot käyttävät metalli- ja safiirielementtejä kultakäsittelyllä.
Lasereja
Pääluokitus tarkoittaa tällaisten laserien jakamista kaasuseoksen tyypin mukaan. Olemme jo maininneet hiilidioksidiaktiiviseen runkoon perustuvien mallien ominaisuudet, mutta myösioniset, helium-neon- ja kemialliset väliaineet ovat yleisiä. Laitteen suunnittelun valmistamiseksi ionikaasulaserit edellyttävät korkean lämmönjohtavuuden omaavien materiaalien käyttöä. Erityisesti käytetään keraami-metallielementtejä ja berylliumkeramiikkaan perustuvia osia. Helium-neonmediat voivat toimia eri aallonpituuksilla infrapunasäteilyssä ja näkyvän valon spektrissä. Tällaisten laitteiden resonaattoripeilit erottuvat monikerroksisista dielektrisistä pinnoitteista.
Kemialliset laserit edustavat erillistä kaasuputkien luokkaa. Ne sisältävät myös kaasuseosten käytön työväliaineena, mutta valosäteilyn muodostumisprosessi saadaan aikaan kemiallisella reaktiolla. Toisin sanoen kaasua käytetään kemialliseen viritykseen. Tämän tyyppiset laitteet ovat edullisia, koska ne voivat muuttaa kemiallisen energian suoraan sähkömagneettiseksi säteilyksi.
Kaasulaserien käyttö
Käytännössä kaikki tämän tyyppiset laserit ovat erittäin luotettavia, kestäviä ja edullisia. Nämä tekijät ovat johtaneet niiden laajaan käyttöön eri teollisuudenaloilla. Esimerkiksi helium-neon-laitteet ovat löytäneet käyttöä kaivostoiminnassa suoritettavissa vaaitus- ja säätötöissä, laivanrakennuksessa sekä erilaisten rakenteiden rakentamisessa. Lisäksi helium-neonlaserien ominaisuudet soveltuvat käytettäväksi optisen viestinnän organisoinnissa, holografisten materiaalien ja kvanttigyroskooppien kehittämisessä. Ei ollut poikkeus käytännön hyötyjen jaargonkaasulaser, jonka käyttö osoittaa tehokkuutta materiaalinkäsittelyn alalla. Erityisesti tällaiset laitteet toimivat kovien kivien ja metallien leikkurina.
Kaasulaserarvostelut
Jos tarkastelemme lasereita edullisien käyttöominaisuuksien kann alta, monet käyttäjät huomaavat valonsäteen korkean suuntaavuuden ja yleisen laadun. Tällaiset ominaisuudet voidaan selittää pienellä osalla optisia vääristymiä ympäristön lämpötilaolosuhteista riippumatta. Mitä tulee haitoihin, tarvitaan suuri jännite kaasumaisten väliaineiden potentiaalin vapauttamiseksi. Lisäksi helium-neonkaasulaser ja hiilidioksidiseoksiin perustuvat laitteet vaativat huomattavan määrän sähkötehoa kytkeäkseen. Mutta kuten käytäntö osoittaa, tulos oikeuttaa itsensä. Käytetään sekä pienitehoisia että suuritehoisia laitteita.
Johtopäätös
Kaasupurkausseosten käyttömahdollisuudet laserjärjestelmissä ovat vielä riittämättömästi hallittuja. Siitä huolimatta tällaisten laitteiden kysyntä on kasvanut menestyksekkäästi jo pitkään ja muodostanut vastaavan markkinaraon. Kaasusaser on saanut alan suurimman jakelun. Sitä käytetään työkaluna kiinteiden materiaalien teräväleikkaukseen ja tarkkaan leikkaamiseen. Mutta on myös tekijöitä, jotka estävät tällaisten laitteiden leviämisen. Ensinnäkin tämä on elementtipohjan nopeaa kulumista, mikä vähentää laitteiden kestävyyttä. Toiseksi sähköpurkauksen tarjoamiselle on korkeat vaatimukset,tarvitaan palkin muodostamiseen.
