Лазер на со2.
В газорозрядних CО2 -лазерах інверсія населенностей досягається збудженням молекул електронним ударом і резонансною передачею збудження. Для передачі енергії збудження служать молекули азоту N2, що збуджуються, у свою чергу, електронним ударом. Зазвичай в умовах тліючого розряду близько 90% молекул азоту переходить в збуджений стан, час життя якого дуже великий. Молекулярний азот добре акумулює енергію збудження і легко передає її молекулам CО2 в процесі непружних зіткнень. Висока інверсія населенностей досягається при додаванні в розрядну суміш Не, який, по-перше, полегшує умови виникнення розряду і, по-друге, через свою високу теплопровідність охолоджує розряд і сприяє спустошенню нижніх лазерних рівнів молекули CО2. Ефективне збудження СО2 - лазеров може бути досягнуте хімічними або газодинамічними методами.
Тонка структура коливальних рівнів молекули C02 дозволяє змінювати довжину хвилі (перебудовувати лазер) скачками через 30—50 Ггц в інтервалі довжин хвиль від 9,4 до 10,6 мкм.
СО 2 -лазери володіють високою потужністю (найбільша потужність лазерного випромінювання в безперервному режимі) і високим ккд(коефіцієнт корисної дії). При збудженні молекул Co 2 електронним ударом і довжині газорозрядної труби 200 м-код СО 2 -лазер випромінює потужність 9 квт. Існують компактні конструкції з вихідною потужністю в 1 квт. Окрім високої вихідної потужності, СО 2 -лазери володіють великими ккд(коефіцієнт корисної дії), досягаючими 15—20% (можливе досягнення ккд(коефіцієнт корисної дії) 40%). СО 2 -лазери можуть принципово ефективно працювати і в імпульсному режимі. Перераховані особливості Co 2 -лазерів обумовлюють різноманіття їх вживання: технологічні процеси (різання, зварка), локація і зв'язок (атмосфера прозора для хвиль з l = 10 мкм ) , фізичні дослідження, пов'язані із здобуттям і вивченням високотемпературною плазми (висока потужність випромінювання), дослідження матеріалів і т. д.
Газорозрядні трубки СО 2 -лазеров мають діаметр від 2 до 10 см, довжина їх може бути дуже великою ( мал. 3 ). Зазвичай застосовуються секційні (модульні) конструкції із струмом розряду до декількох а при напрузі до 10 кв на секцію. Т. до. потужність СО 2 -лазеров безперервної дії досягає дуже високих значень, серйозною проблемою є виготовлення досить довговічних дзеркал хорошої оптичної якості. Застосовуються покриті золотом сапфірові або металеві дзеркала. Виведення випромінювання частенько виробляється через отвори в дзеркалах. Як напівпрозорі вихідні дзеркала застосовуються пластини з високоомного германію, арсеніду галію і т. п.
В електричному розряді СО 2 -лазеров мають місце небажані ефекти, руйнівні інверсію населенностей, — розігрівання газу і дисоціація його молекул. Для їх усунення газова суміш безперервно «проганяється» через розрядні труби лазерів. Так відбувається оновлення активного середовища. Для здобуття великих потужностей (декілька квт ) в безперервному режимі газ проганяють через трубку з великою швидкістю і розряд відбувається в надзвуковому потоці. Для того, щоб уникнути втрат дорогого Не, газова суміш циркулює по замкнутому контуру. Збудження електронним ударом виробляється або в резонаторі, або безпосередньо перед вступом суміші в резонатор. У кращих приладах практично все молекули Co 2 , що влітають в резонатор, вже збуджені і за час прольоту через резонатор віддають енергію збудження у вигляді кванта випромінювання.
Потужні лазери на СО2 можна з успіхом застосовувати для різки і зварки металів, для світлової локації, а також як потужного перебудовуваного по частоті джерела світло (через можливості генерації на великому числі переходів між тісно розташованими рівнями).
Рис. 3. Схематическое изображение СО2-лазера с быстрой поперечной прокачкой: 1 — вентилятор (компрессор); 2 — область разряда; 3 — теплообменник.
Рисунок 1.1 – Принцип устройства СО2-лазера