Il principale componente di lavoro di qualsiasi dispositivo laser è il cosiddetto mezzo attivo. Non solo agisce come una fonte di flusso diretto, ma in alcuni casi può migliorarlo in modo significativo. È proprio questa caratteristica che hanno le miscele di gas che agiscono come sostanza attiva negli impianti laser. Allo stesso tempo, esistono diversi modelli di tali dispositivi, che differiscono sia per il design che per le caratteristiche dell'ambiente di lavoro. In un modo o nell' altro, il laser a gas ha molti vantaggi che gli hanno permesso di prendere un posto importante nell'arsenale di molte imprese industriali.
Caratteristiche dell'azione del mezzo gassoso
Tradizionalmente, i laser sono associati a mezzi solidi e liquidi che contribuiscono alla formazione di un raggio di luce con le prestazioni richieste. In questo caso, il gas presenta i vantaggi dell'uniformità e della bassa densità. Queste qualitàconsentire al raggio laser di non distorcersi, di non perdere energia e di non disperdersi. Inoltre, il laser a gas è caratterizzato da una maggiore direttività della radiazione, il cui limite è determinato solo dalla diffrazione della luce. Rispetto ai solidi, l'interazione delle particelle di gas avviene esclusivamente durante le collisioni in condizioni di spostamento termico. Di conseguenza, lo spettro energetico del riempitivo corrisponde al livello di energia di ciascuna particella separatamente.
Dispositivo laser a gas
Il classico dispositivo di tali dispositivi è formato da un tubo sigillato con un mezzo funzionale gassoso, nonché un risonatore ottico. Il tubo di scarico è solitamente realizzato in ceramica al corindone. È posto tra un prisma riflettente e uno specchio su un cilindro di berillio. La scarica avviene in due sezioni con catodo comune in corrente continua. I catodi freddi di ossido di tantalio sono spesso divisi in due parti per mezzo di un distanziatore dielettrico, che assicura una distribuzione uniforme delle correnti. Inoltre, il dispositivo laser a gas prevede la presenza di anodi: la loro funzione è svolta dall'acciaio inossidabile, presentato sotto forma di soffietto a vuoto. Questi elementi forniscono una connessione flessibile tra tubi, prisma e portaspecchi.
Principio di funzionamento
Per riempire di energia il corpo attivo di gas, vengono utilizzate scariche elettriche generate da elettrodi nella cavità del tubo del dispositivo. Durante la collisione di elettroni con particelle di gassono eccitati. Questo crea le basi per l'emissione di fotoni. L'emissione stimolata di onde luminose nel tubo aumenta man mano che passano attraverso il plasma gassoso. Gli specchi a vista alle estremità del cilindro costituiscono la base per la direzione preferenziale del flusso luminoso. Uno specchio traslucido, fornito con un laser a gas, seleziona una frazione di fotoni dal raggio direzionale e il resto di essi viene riflesso all'interno del tubo, mantenendo la funzione di radiazione.
Caratteristiche
Il diametro interno del tubo di scarico è solitamente di 1,5 mm. Il diametro del catodo di ossido di tantalio può raggiungere i 48 mm con una lunghezza dell'elemento di 51 mm. In questo caso, il progetto opera sotto l'azione di una corrente continua con una tensione di 1000 V. Nei laser elio-neon, la potenza di radiazione è piccola e, di regola, è calcolata in decimi di W.
I modelli ad anidride carbonica utilizzano tubi con un diametro da 2 a 10 cm È interessante notare che un laser a gas funzionante in modalità continua ha una potenza molto elevata. Dal punto di vista dell'efficienza operativa, questo fattore è talvolta un vantaggio, tuttavia, per mantenere una funzione stabile di tali dispositivi, sono necessari specchi durevoli e affidabili con proprietà ottiche migliorate. Di norma, i tecnici utilizzano elementi in metallo e zaffiro con trattamento in oro.
Varietà di laser
La classificazione principale implica la divisione di tali laser in base al tipo di miscela di gas. Abbiamo già accennato alle caratteristiche dei modelli basati su un corpo attivo di anidride carbonica, ma anchesono comuni mezzi ionici, elio-neon e chimici. Per realizzare il design del dispositivo, i laser a gas ionici richiedono l'uso di materiali con un'elevata conduttività termica. In particolare vengono utilizzati elementi ceramici-metallici e parti a base di ceramica al berillio. I mezzi elio-neon possono operare a diverse lunghezze d'onda nella radiazione infrarossa e nello spettro della luce visibile. Gli specchi risonatori di tali dispositivi si distinguono per la presenza di rivestimenti dielettrici multistrato.
I laser chimici rappresentano una categoria separata di tubi del gas. Implicano anche l'uso di miscele di gas come mezzo di lavoro, ma il processo di formazione della radiazione luminosa è fornito da una reazione chimica. Cioè, il gas viene utilizzato per l'eccitazione chimica. I dispositivi di questo tipo sono vantaggiosi in quanto possono convertire direttamente l'energia chimica in radiazione elettromagnetica.
Uso di laser a gas
Praticamente tutti i laser di questo tipo sono altamente affidabili, durevoli e convenienti. Questi fattori hanno portato al loro uso diffuso in vari settori. Ad esempio, i dispositivi elio-neon hanno trovato applicazione nelle operazioni di livellamento e regolazione che vengono eseguite nelle operazioni minerarie, nella cantieristica navale, nonché nella costruzione di varie strutture. Inoltre, le caratteristiche dei laser elio-neon sono adatte per l'uso nell'organizzazione di comunicazioni ottiche, nello sviluppo di materiali olografici e giroscopi quantistici. Non ha fatto eccezione in termini di vantaggi pratici elaser a gas argon, la cui applicazione mostra efficienza nel campo della lavorazione dei materiali. In particolare, tali dispositivi servono come tagliatori di rocce dure e metalli.
Recensioni laser a gas
Se consideriamo i laser dal punto di vista delle vantaggiose proprietà operative, molti utenti notano l'elevata direttività e la qualità complessiva del fascio luminoso. Tali caratteristiche possono essere spiegate da una piccola percentuale di distorsioni ottiche, indipendentemente dalle condizioni di temperatura ambiente. Per quanto riguarda gli svantaggi, è necessaria una grande tensione per sbloccare il potenziale dei mezzi gassosi. Inoltre, un laser a gas elio-neon e dispositivi a base di miscele di anidride carbonica richiedono una notevole quantità di energia elettrica per essere collegati. Ma, come mostra la pratica, il risultato si giustifica. Vengono utilizzati sia dispositivi a bassa potenza che dispositivi ad alto potenziale di potenza.
Conclusione
Le possibilità delle miscele a scarica di gas in termini di utilizzo nei sistemi laser non sono ancora sufficientemente padroneggiate. Tuttavia, la domanda di tali apparecchiature è cresciuta con successo da molto tempo, formando una nicchia corrispondente nel mercato. Il laser a gas ha ricevuto la più grande distribuzione nel settore. Viene utilizzato come strumento per il taglio puntuale e preciso di materiali solidi. Ma ci sono anche fattori che ostacolano la diffusione di tali apparecchiature. In primo luogo, si tratta di una rapida usura della base dell'elemento, che riduce la durata dei dispositivi. In secondo luogo, ci sono requisiti elevati per fornire una scarica elettrica,necessario per formare la trave.
