מרכיב העבודה העיקרי של כל מכשיר לייזר הוא המדיום הפעיל כביכול. זה לא רק פועל כמקור לזרימה מכוונת, אלא במקרים מסוימים יכול לשפר אותו באופן משמעותי. בדיוק את התכונה הזו יש לתערובות גזים הפועלות כחומר פעיל במתקני לייזר. יחד עם זאת, ישנם דגמים שונים של מכשירים כאלה, הנבדלים הן בעיצוב והן במאפיינים של סביבת העבודה. כך או אחרת, ללייזר הגז יתרונות רבים שאפשרו לו לתפוס מקום חזק בארסנל של מפעלי תעשייה רבים.
תכונות הפעולה של מדיום הגז
באופן מסורתי, לייזרים משויכים למדיה מוצקה ונוזלית התורמים ליצירת קרן אור עם הביצועים הנדרשים. במקרה זה, לגז יש את היתרונות של אחידות וצפיפות נמוכה. התכונות הללולאפשר לקרן הלייזר לא להתעוות, לא לאבד אנרגיה ולא להתפזר. כמו כן, לייזר הגז מאופיין בכיווניות מוגברת של קרינה, שגבולה נקבע רק על ידי עקיפה של האור. בהשוואה למוצקים, האינטראקציה של חלקיקי גז מתרחשת אך ורק במהלך התנגשויות בתנאים של תזוזה תרמית. כתוצאה מכך, ספקטרום האנרגיה של חומר המילוי מתאים לרמת האנרגיה של כל חלקיק בנפרד.
מכשיר לייזר גז
המכשיר הקלאסי של מכשירים כאלה נוצר על ידי צינור אטום עם מדיום פונקציונלי גז, כמו גם מהוד אופטי. צינור הפריקה עשוי בדרך כלל מקרמיקה קורונדום. הוא ממוקם בין פריזמה מחזירה למראה על גליל בריליום. הפריקה מתבצעת בשני חלקים עם קתודה משותפת בזרם ישר. קתודות קרות של תחמוצת טנטלום מחולקות לרוב לשני חלקים באמצעות מרווח דיאלקטרי, המבטיח חלוקה אחידה של זרמים. כמו כן, מכשיר הלייזר הגז מספק נוכחות של אנודות - תפקידן מבוצע על ידי נירוסטה, המוצגת בצורה של מפוח ואקום. אלמנטים אלה מספקים חיבור גמיש בין צינורות, פריזמה ומחזיקי מראות.
עקרון העבודה
כדי למלא את הגוף הפעיל בגז באנרגיה, משתמשים בפריקות חשמליות, הנוצרות על ידי אלקטרודות בחלל צינור המכשיר. במהלך התנגשות של אלקטרונים עם חלקיקי גזהם מתעוררים. זה יוצר את הבסיס לפליטת פוטונים. פליטת גלי האור המגורה בצינור גדלה ככל שהם עוברים דרך פלזמת הגז. המראות החשופות בקצות הגליל מהוות את הבסיס לכיוון המועדף של שטף האור. מראה שקופה, המסופקת בלייזר גז, בוחרת שבריר של פוטונים מהקרן הכיוונית, והשאר מוחזרים בתוך הצינור, ושומרים על תפקוד הקרינה.
תכונות
הקוטר הפנימי של צינור הפריקה הוא בדרך כלל 1.5 מ"מ. הקוטר של קתודה תחמוצת הטנטלום יכול להגיע ל-48 מ"מ עם אורך אלמנט של 51 מ"מ. במקרה זה, התכנון פועל תחת פעולת זרם ישר במתח של 1000 וולט. בלייזרי הליום-ניאון, עוצמת הקרינה קטנה, ובדרך כלל מחושבת בעשיריות W.
דגמי פחמן דו חמצני משתמשים בצינורות בקוטר של 2 עד 10 ס מ. ראוי לציין שללייזר גז הפועל במצב רציף יש הספק גבוה מאוד. מנקודת מבט של יעילות תפעולית, גורם זה הוא לפעמים יתרון, עם זאת, כדי לשמור על תפקוד יציב של מכשירים כאלה, נדרשות מראות עמידות ואמינות עם תכונות אופטיות משופרות. ככלל, טכנולוגים משתמשים ביסודות מתכת וספיר עם טיפול בזהב.
מגוון של לייזרים
הסיווג העיקרי מרמז על חלוקה של לייזרים כאלה לפי סוג תערובת הגז. כבר הזכרנו את התכונות של מודלים המבוססים על גוף פעיל פחמן דו חמצני, אבל גםמדיה יונית, הליום-ניאון וכימית נפוצה. לייצור העיצוב של המכשיר, לייזרים גז יונים דורשים שימוש בחומרים בעלי מוליכות תרמית גבוהה. בפרט נעשה שימוש באלמנטים וחלקים קרמיים-מתכתיים המבוססים על קרמיקה בריליום. מדיית הליום-ניאון יכולה לפעול באורכי גל שונים בקרינה אינפרא אדומה ובספקטרום האור הנראה. מראות התהודה של מכשירים כאלה נבדלות בנוכחות של ציפויים דיאלקטריים רב-שכבתיים.
לייזרים כימיים מייצגים קטגוריה נפרדת של צינורות גז. הם כרוכים גם בשימוש בתערובות גזים כמדיום עבודה, אך תהליך היווצרות קרינת האור מסופק על ידי תגובה כימית. כלומר, הגז משמש לעירור כימי. התקנים מסוג זה הם יתרון בכך שהם יכולים להמיר ישירות אנרגיה כימית לקרינה אלקטרומגנטית.
שימוש בלייזרי גז
כמעט כל הלייזרים מסוג זה הם אמינים ביותר, עמידים ובמחיר סביר. גורמים אלו הובילו לשימוש נרחב שלהם בתעשיות שונות. לדוגמה, מכשירי הליום-ניאון מצאו יישום בפעולות יישור והתאמה המבוצעות בפעולות מכרות, בבניית ספינות וכן בבניית מבנים שונים. בנוסף, המאפיינים של לייזרים הליום-ניאון מתאימים לשימוש בארגון תקשורת אופטית, בפיתוח חומרים הולוגרפיים וג'ירוסקופים קוונטיים. לא היה יוצא דופן מבחינת יתרונות מעשיים ולייזר גז ארגון, שיישומו מראה יעילות בתחום עיבוד החומרים. בפרט, מכשירים כאלה משמשים כחותך של סלעים קשים ומתכות.
ביקורות על גז לייזר
אם ניקח בחשבון לייזרים מנקודת מבט של מאפיינים תפעוליים מועילים, משתמשים רבים מציינים את הכיווניות הגבוהה ואת האיכות הכוללת של אלומת האור. מאפיינים כאלה יכולים להיות מוסברים על ידי חלק קטן של עיוותים אופטיים, ללא קשר לתנאי טמפרטורת הסביבה. באשר לחסרונות, יש צורך במתח גדול כדי לפתוח את הפוטנציאל של מדיה גזית. בנוסף, לייזר גז הליום-ניאון והתקנים המבוססים על תערובות פחמן דו חמצני דורשים כמות ניכרת של כוח חשמלי לחיבור. אבל, כפי שמראה בפועל, התוצאה מצדיקה את עצמה. נעשה שימוש גם במכשירים בעלי הספק נמוך וגם במכשירים עם פוטנציאל הספק גבוה.
מסקנה
האפשרויות של תערובות פריקת גז מבחינת השימוש בהן במערכות לייזר עדיין לא מנוהלות מספיק. עם זאת, הביקוש לציוד כזה גדל בהצלחה במשך זמן רב, ויצר נישה מתאימה בשוק. לייזר הגז קיבל את התפוצה הגדולה ביותר בתעשייה. הוא משמש ככלי לחיתוך נקודתי ומדויק של חומרים מוצקים. אבל יש גם גורמים המעכבים את התפשטות ציוד כזה. ראשית, מדובר בלאי מהיר של בסיס האלמנט, מה שמפחית את העמידות של המכשירים. שנית, יש דרישות גבוהות לאספקת פריקה חשמלית,נדרש ליצירת הקורה.
