Кез келген лазерлік құрылғының негізгі жұмыс құрамдас бөлігі белсенді орта деп аталады. Ол бағытталған ағынның көзі ретінде ғана емес, кейбір жағдайларда оны айтарлықтай күшейте алады. Лазер қондырғыларында белсенді зат ретінде әрекет ететін газ қоспалары дәл осы қасиетке ие. Сонымен қатар, мұндай құрылғылардың әртүрлі үлгілері бар, олар дизайнда да, жұмыс ортасының сипаттамаларында да ерекшеленеді. Қалай болғанда да, газ лазерінің көптеген өнеркәсіптік кәсіпорындардың арсеналында берік орын алуына мүмкіндік берген көптеген артықшылықтары бар.
Газ ортасының әсер ету ерекшеліктері
Дәстүрлі түрде лазерлер қажетті өнімділікпен жарық сәулесінің пайда болуына ықпал ететін қатты және сұйық орталармен байланысты. Бұл жағдайда газдың біркелкі және төмен тығыздық артықшылықтары бар. Бұл қасиеттерлазер сәулесінің бұрмаланбауына, энергияны жоғалтпауына және шашырамауына мүмкіндік беріңіз. Сондай-ақ газ лазері сәулеленудің жоғары бағытталғандығымен сипатталады, оның шегі тек жарық дифракциясымен анықталады. Қатты заттармен салыстырғанда, газ бөлшектерінің өзара әрекеттесуі тек жылулық ығысу жағдайында соқтығысқан кезде болады. Нәтижесінде толтырғыштың энергетикалық спектрі әрбір бөлшектің энергетикалық деңгейіне жеке сәйкес келеді.
Газды лазерлік құрылғы
Мұндай құрылғылардың классикалық құрылғысы газ тәрізді функционалды ортасы бар тығыздалған түтіктен, сондай-ақ оптикалық резонатордан жасалған. Шығару түтігі әдетте корунд керамикасынан жасалған. Ол бериллий цилиндріндегі шағылыстырғыш призма мен айна арасына орналастырылған. Разряд тұрақты ток кезінде жалпы катодты екі секцияда жүзеге асырылады. Тантал оксидінің суық катодтары көбінесе токтардың біркелкі таралуын қамтамасыз ететін диэлектрлік аралық арқылы екі бөлікке бөлінеді. Сондай-ақ, газ лазерлік құрылғы анодтардың болуын қамтамасыз етеді - олардың функциясын вакуумдық сильфон түрінде ұсынылған тот баспайтын болаттан орындайды. Бұл элементтер түтіктер, призма және айна ұстағыштар арасындағы икемді байланысты қамтамасыз етеді.
Жұмыс принципі
Газдағы белсенді денені энергиямен толтыру үшін құрылғы түтігінің қуысындағы электродтармен түзілетін электр разрядтары қолданылады. Электрондардың газ бөлшектерімен соқтығысуы кезіндеолар оятады. Бұл фотондардың шығарылуына негіз жасайды. Түтіктегі жарық толқындарының ынталандырылған сәулеленуі олар газ плазмасы арқылы өткен сайын артады. Цилиндрдің ұштарындағы ашық айналар жарық ағынының артықшылықты бағытының негізін құрайды. Газ лазерімен қамтамасыз етілген мөлдір айна бағытталған сәуледен фотондардың бір бөлігін таңдайды, ал қалғандары сәулелену функциясын сақтай отырып, түтік ішінде шағылысады.
Мүмкіндіктер
Шығару түтігінің ішкі диаметрі әдетте 1,5 мм. Тантал оксиді катодының диаметрі 51 мм элемент ұзындығымен 48 мм-ге жетуі мүмкін. Бұл жағдайда конструкция кернеуі 1000 В болатын тұрақты токтың әсерінен жұмыс істейді. Гелий-неондық лазерлерде сәулелену қуаты аз және әдетте Вт оннан бір бөлігінде есептеледі.
Көмірқышқыл газының үлгілері диаметрі 2-ден 10 см-ге дейінгі түтіктерді пайдаланады. Бір қызығы, үздіксіз режимде жұмыс істейтін газ лазері өте жоғары қуатқа ие. Операциялық тиімділік тұрғысынан бұл фактор кейде плюс болып табылады, алайда мұндай құрылғылардың тұрақты жұмысын сақтау үшін оптикалық қасиеттері жақсартылған берік және сенімді айналар қажет. Әдетте, технологтар алтынмен өңделген металл және сапфир элементтерін пайдаланады.
Лазерлердің түрлері
Негізгі классификация мұндай лазерлерді газ қоспасының түріне қарай бөлуді білдіреді. Біз көміртегі диоксиді белсенді денеге негізделген модельдердің ерекшеліктерін жоғарыда айттық, сонымен қатариондық, гелий-неондық және химиялық орталар жиі кездеседі. Құрылғының дизайнын жасау үшін иондық газ лазерлері жоғары жылу өткізгіштігі бар материалдарды пайдалануды талап етеді. Атап айтқанда, керамикалық-металл элементтері мен бериллий керамикасы негізіндегі бөлшектер қолданылады. Гелий-неонды орта инфрақызыл сәулеленуде және көрінетін жарық спектрінде әртүрлі толқын ұзындығында жұмыс істей алады. Мұндай құрылғылардың резонаторлық айналары көп қабатты диэлектрлік жабындардың болуымен ерекшеленеді.
Химиялық лазерлер газ түтіктерінің жеке санатын білдіреді. Олар сондай-ақ жұмыс ортасы ретінде газ қоспаларын пайдалануды қамтиды, бірақ жеңіл сәулеленудің пайда болу процесі химиялық реакциямен қамтамасыз етіледі. Яғни, газ химиялық қозу үшін пайдаланылады. Бұл түрдегі құрылғылар химиялық энергияны тікелей электромагниттік сәулеленуге түрлендіру мүмкіндігімен тиімді.
Газ лазерлерін пайдалану
Осы түрдегі барлық лазерлер өте сенімді, берік және қолжетімді. Бұл факторлар олардың әртүрлі салаларда кеңінен қолданылуына әкелді. Мысалы, гелий-неон құрылғылары шахталық жұмыстарда, кеме жасауда, сондай-ақ әртүрлі құрылымдардың құрылысында орындалатын нивелирлеу және реттеу операцияларында қолдануды тапты. Сонымен қатар, гелий-неон лазерлерінің сипаттамалары оптикалық байланыстарды ұйымдастыруда, голографиялық материалдарды және кванттық гироскоптарды жасауда қолдануға жарамды. Практикалық артықшылықтар тұрғысынан ерекшелік болмады жәнеаргон газ лазері, оны қолдану материалды өңдеу саласында тиімділікті көрсетеді. Атап айтқанда, мұндай құрылғылар қатты жыныстар мен металдарды кескіш ретінде қызмет етеді.
Газ лазеріне шолулар
Егер лазерлерді тиімді пайдалану қасиеттері тұрғысынан қарастыратын болсақ, көптеген пайдаланушылар жарық сәулесінің жоғары бағыты мен жалпы сапасын атап өтеді. Мұндай сипаттамаларды қоршаған ортаның температуралық жағдайларына қарамастан оптикалық бұрмаланулардың шағын үлесімен түсіндіруге болады. Кемшіліктерге келетін болсақ, газ тәрізді ортаның әлеуетін ашу үшін үлкен кернеу қажет. Сонымен қатар, гелий-неон газ лазері және көмірқышқыл газы қоспаларына негізделген құрылғылар қосылу үшін айтарлықтай электр қуатын қажет етеді. Бірақ, тәжірибе көрсеткендей, нәтиже өзін ақтайды. Төмен қуатты құрылғылар да, жоғары қуат әлеуеті бар құрылғылар да пайдаланылады.
Қорытынды
Газ-разрядты қоспалардың лазерлік жүйелерде қолдану мүмкіндіктері әлі де жеткіліксіз игерілген. Осыған қарамастан, мұндай жабдыққа сұраныс нарықта тиісті тауашаны құра отырып, ұзақ уақыт бойы сәтті өсіп келеді. Газ лазері өнеркәсіпте ең көп таралуды алды. Ол қатты материалдарды нүктелік және дәл кесу құралы ретінде қолданылады. Бірақ мұндай техниканың таралуына кедергі келтіретін факторлар да бар. Біріншіден, бұл құрылғылардың беріктігін төмендететін элемент негізінің тез тозуы. Екіншіден, электр разрядын қамтамасыз ету үшін жоғары талаптар бар,сәулені қалыптастыру үшін қажет.
