Газавы лазер: апісанне, характарыстыкі, прынцып дзеяння

Асноўным рабочым кампанентам любога лазернага прылады з'яўляецца так званая актыўная среда. Яна не толькі выступае крыніцай накіраванага патоку, але і ў некаторых варыянтах можа значна яго ўзмацняць. Менавіта такой асаблівасцю і валодаюць газавыя сумесі, якія выступаюць актыўным рэчывам ў лазерных устаноўках. Пры гэтым існуюць розныя мадэлі падобных прылад, якія адрозніваюцца і канструкцыяй, і характарыстыкамі рабочай асяроддзя. Так ці інакш, газавы лазер мае нямала пераваг, якія дазволілі яму заняць трывалае месца ў арсенале многіх прамысловых прадпрыемстваў.

Асаблівасці дзеяння газавай асяроддзя

Традыцыйна лазеры асацыююцца з цвёрдацельнымі і вадкаснымі асяроддзямі, спрыяльнымі фарміраванню светлавога прамяня з неабходнымі працоўнымі характарыстыкамі. Пры гэтым газ мае перавагі ў выглядзе аднастайнасці і невялікі шчыльнасці. Гэтыя якасці дазваляюць лазернаму патоку ня скажацца, не губляць энергію і не рассейвацца. Таксама газавы лазер адрозніваецца павялічанай скіраванасцю выпраменьвання, мяжа якой вызначае толькі дыфракцыя святла. У параўнанні з цвёрдымі целамі ўзаемадзеянне часціц газу адбываецца выключна пры соударениях ва ўмовах цеплавога перамяшчэння. У выніку энергетычны спектр напаўняльніка адпавядае энергетычным ўзроўню кожнай часціцы паасобку.

Прылада газавых лазераў

Класічнае прылада такіх апаратаў фармуецца герметычнай трубкай з газападобнай функцыянальнай асяроддзем, а таксама аптычным рэзанатарам. Разрадная трубка звычайна выконваецца з корундовой керамікі. Яе размяшчаюць паміж адлюстроўвае прызмай і люстэркам на берыліевых цыліндры. Разрад вырабляецца ў двух секцыях з агульным катодам пры сталым току. Оксиднотанталовые халодныя катоды часцей за ўсё падзяляюць на дзве часткі з дапамогай дыэлектрычнай пракладкі, якая забяспечвае аднастайнасць размеркавання токаў. Таксама прылада газавага лазера прадугледжвае наяўнасць анодам - іх функцыю выконвае нержавеючая сталь, прадстаўленая ў выглядзе вакуумных сильфонов. Гэтыя элементы забяспечваюць рухомае злучэнне трубак, прызмы і трымальнікаў люстэрка.

Прынцып працы

Для напаўнення энергіяй актыўнага цела ў газе прымяняюцца электрычныя разрады, якія выпрацоўваюцца электродамі ў паражніны трубкі прыбора. У працэсе соударения электронаў з газавымі часціцамі адбываецца іх ўзбуджэнне. Такім чынам ствараецца аснова для выпраменьвання фатонаў. Вымушанае выпусканне светлавых хваль у трубцы падвышаецца ў працэсе іх праходжанні па газавай плазме. Выстаўленыя люстэрка на тарцах цыліндру ствараюць аснову для пераважнага напрамкі светлавога патоку. Напаўпразрыстае люстэрка, якім забяспечваецца газавы лазер, адбірае з накіраванага прамяня долю фатонаў, а астатняя іх частка адлюстроўваецца ўнутр трубкі, падтрымліваючы функцыю выпраменьвання.

характарыстыкі

Унутраны дыяметр разраднай трубкі звычайна складае 1,5 мм. Дыяметр оксиднотанталового катода можа дасягаць 48 мм пры даўжыні элемента 51 мм. Пры гэтым канструкцыя працуе пад дзеяннем пастаяннага току з напругай 1000 В. У гелій-неонавых лазерах магутнасць выпраменьвання невялікая і, як правіла, вылічаецца ў дзесятых долях Вт.

Мадэлі на вуглякіслым газе мяркуюць выкарыстанне трубак дыяметрам ад 2 да 10 см. Характэрна, што газавы лазер, які працуе ў бесперапынным рэжыме, валодае вельмі высокай магутнасцю. З пункту гледжання эксплуатацыйнай эфектыўнасці, гэты фактар часам ідзе ў плюс, аднак для падтрымання стабільнай функцыі такіх прыбораў патрабуюцца даўгавечныя і надзейныя люстэркі з падвышанымі аптычнымі ўласцівасцямі. Як правіла, тэхнолагі выкарыстоўваюць металічныя і сапфіравыя элементы з апрацоўкай золатам.

разнавіднасці лазераў

Асноўная класіфікацыя мае на ўвазе падзел такіх лазераў па тыпу газавай сумесі. Ужо згадваліся асаблівасці мадэляў на вуглякіслым актыўным целе, але таксама распаўсюджаны іённыя, гелій-неонавыя і хімічныя асяроддзя. Для вырабу канструкцыі прыбора іённыя газавыя лазеры патрабуюць прымянення матэрыялаў з высокай цеплаправоднасцю. У прыватнасці, выкарыстоўваюцца металлокераміческіе элементы і дэталі на аснове берыліевых керамікі. Гелій-неонавыя асяроддзя могуць працаваць на розных даўжынях хваль па інфрачырвоным выпраменьвання і ў спектры бачнага святла. Люстэрка рэзанатара такіх апаратаў адрозніваюцца наяўнасцю шматслойных дыэлектрычных пакрыццяў.

Хімічныя лазеры ўяўляюць асобную катэгорыю газавых трубак. Яны таксама мяркуюць выкарыстанне ў якасці працоўнага асяроддзя газавых сумесяў, але працэс адукацыі светлавога выпраменьвання забяспечваецца хімічнай рэакцыяй. Гэта значыць газ выкарыстоўваецца для хімічнага ўзбуджэння. Прылады такога тыпу выгодныя тым, што ў іх магчымы прамы пераход хімічнай энергіі ў электрамагнітнае выпраменьванне.

Прымяненне газавых лазераў

Практычна ўсе лазеры такога тыпу адрозніваюцца высокай ступенню надзейнасці, даўгавечнасцю і даступнай коштам. Гэтыя фактары абумовілі іх шырокае распаўсюджванне ў розных галінах. Да прыкладу, гелій-неонавыя апараты знайшлі прымяненне ў нивелировочных і юстировочных аперацыях, якія выконваюцца ў шахтных работах, у суднабудаванні, а таксама пры будаўніцтве розных збудаванняў. Акрамя гэтага, характарыстыкі гелій-неонавых лазераў падыходзяць для выкарыстання ў арганізацыі аптычнай сувязі, у распрацоўцы галаграфічных матэрыялаў і квантавых гіраскопаў. Не стаў выключэннем з пункту гледжання практычнай карысці і аргонавы газавы лазер, ужыванне якога паказвае эфектыўнасць у сферы апрацоўкі матэрыялаў. У прыватнасці, падобныя прылады служаць у якасці разьбяра цвёрдых парод і металаў.

Водгукі аб газавых лазерах

Калі разглядаць лазеры з пункту гледжання выгадных эксплуатацыйных уласцівасцяў, то многія карыстальнікі адзначаюць высокую накіраванасць і агульнае якасць светлавога пучка. Такія характарыстыкі можна растлумачыць малой доляй аптычных скажэнняў незалежна ад тэмпературных умоў навакольнага асяроддзя. Што тычыцца недахопаў, то для раскрыцця патэнцыялу газавых асяроддзяў неабходна вялікае напружанне. Акрамя таго, гелій-неонавы газавы лазер і прылады, якія працуюць на аснове вуглякіслых сумесяў, патрабуюць падлучэння немалой электрычнай магутнасці. Але, як паказвае практыка, вынік сябе апраўдвае. Прымяненне знаходзяць і маламагутныя апараты, і прыборы з вялікім сілавым патэнцыялам.

заключэнне

Магчымасці газаразрадных сумесяў у плане іх прымянення ў лазерных устаноўках пакуль яшчэ недастаткова асвоены. Тым не менш попыт на падобнае абсталяванне даўно і паспяхова расце, фарміруючы адпаведную нішу і на рынку. Найбольшае распаўсюджванне газавы лазер атрымаў у прамысловасці. Яго выкарыстоўваюць як інструмент для кропкавай і акуратнай рэзкі цвёрдацельных матэрыялаў. Але ёсць і фактары, якія стрымліваюць распаўсюджванне такога абсталявання. Па-першае, гэта хуткі знос элементнай асновы, што скарачае даўгавечнасць прыбораў. Па-другое, адзначаюцца высокія патрабаванні да забеспячэння электрычнага разраду, неабходнага для фармавання прамяня.