Активното средство за лазерите от този тип е газ или смес от газове.
лазери, работещи на газ микрочастици са газови атоми (Ne Ne, Хе), положително заредени йони (Ne Ne 2+. 3+ Ne. Аг 2+ аргон. Криптон Кр 2+), молекула (азот N2. CO2 Въглероден диоксид. Вода Н 2О, HCN циановодородна киселина). Достатъчно често до главния работен газ се смесва с друг газ. Например, хелий-неонов лазер излъчващи активни частици са неонови Ne атома. Добавка хелий Той подобрява условията неон възбуждане Ne атоми на резонансен енергиен трансфер до горните нива на системата за квантова.
Отличителна черта на активното средство в газова фаза, е неговата висока оптична хомогенност, което позволява голяма дължина резонатор и да се постигне висока насоченост и monochromaticity на радиация. Оптично изпомпване на газовата система е неефективно, тъй като газовете абсорбират енергия в тесни спектрални ленти (линии) и лампи излъчват светлина в широки честотни ленти. оптично изпомпване ефективност с лампи е много малък в газови лазери.
Поради тази група лазери изпомпва чрез преминаване през активната среда на електрически ток, или така наречената тлеещ разряд.
Свободните електрони, възникнали по време на изпълнението, сблъсъци с микрочастици (атоми, йони, молекули) на газ с електронен удар ги възбуждат и изместен към по-високи нива на енергия. Ако времето на живот на възбудените микрочастиците в горното ниво на енергия е сравнително висок, газообразно среда е създаден добре дефинирана и стабилна популация инверсия. метод въздействие електрон се използва ефективно за изпомпване на газови лазери, работещи в непрекъснат и / или импулсен режим.
Успешно се използва метод на резонансната трансфер възбуждане. където възбуждане на един микрочастици видове настъпва при нееластични сблъсъци с микрочастиците на друг вид. По този начин създаването на активната среда на газа се провежда в два етапа: първо, електроните възбуждат микрочастиците спомагателен газ, които са след това в процеса на нееластични сблъсъци с работни микрочастици газ излишната енергия се предава към тях. Първоначално натрупване на микрочастици на допълнителна енергия е правилно, ако времето на живот на микрочастиците при високи нива на мощност относително висока.
По-често използваните методи за химичен изпомпване, газ динамична експанзия и т.н.
Тръбата за газ лазер с активен газ е поставен в оптичния резонатор, който се състои в най-простия случай на две паралелни огледала, един от които е прозрачна. Оптичната вълна посадъчен чрез активен газ, се амплифицира и произвежда лавина фотон. Постигането полупрозрачно огледалото вълната частично се простира извън кухината, създавайки изход лазерен лъч. Друга част от оптична енергия се отразява от огледалото и генерира нова лавина на фотони. Всички фотони са идентични по честота, фаза и посока на по-нататъшното разпространение.
Газови лазери работят в много широк честотен диапазон (от ултравиолетовата до инфрачервени).
Газове в сравнение с течности и твърди вещества имат значително по-ниска плътност и висока хомогенност, така че оптичен лъч в газове почти не нарушена, не е разпръсната и не губи енергия. В резултат на ориентация на лазерното лъчение в газови лазери нараства рязко до граница се определя чрез светлинна дифракция. Дивергенцията на светлинния лъч на газови лазери с видима светлина област е 10 -5 до 10 -4 рад и в инфрачервения диапазон 10 -3 -10 -4 рад.
стабилността радиация честота на газ лазер се определя главно от фиксирани огледала и други оптични компоненти на резонатор, който гарантира изключително висока стабилност честота. Важно е, че лазери газове са способни да образуват специфична оптична честота на трептене без големи затруднения (монохроматичен радиация).
Молекулните лазери, дължащи се на енергийните нива на вибрационни нива на молекули, т.е. относително движение на атомите съставни и атомните електрони остане при ниски енергийни нива и не са възбуден. Типичен представител и на най-разпространената група на молекулни лазери е въглероден диоксид газ СО2 лазер.
В първите чуждестранни и местни STP устройства, като например лазерно гравиране машина LGA, тя се използва СО2 лазери. Въпреки това, те са вече рядко се използва, най-вече за гравиране метали и полимери. Причината за това са тези недостатъци СО2 лазер, като високи изисквания за охлаждане ниска дълбочина на полето, по-голям размер на място (30 микрона).
изпускането на газ СО2 лазери с инверсия на населението се осъществява чрез електронен удар възбуждане на молекули и възбуждане на резонансната трансфер. За прехвърлянето на възбуждане енергия са азот молекула N2. развълнуван, от своя страна, чрез електронен удар. Обикновено, в условията на тлеещ разряд, около 90% азотни молекули в възбудено състояние, чиито живот е много голям. Молекулно азот е добре натрупва на възбуждане енергия и прехвърля лесно молекули СО2 в процеса на нееластични сблъсъци. високо инверсия на населението се постига чрез прибавяне на смес на освобождаване хелий, което улеснява условията за възникване на освобождаване и спомага за изпразване на долните лазерни нива на молекули на СО2.
Фината структура на вибрационни нива на молекули на въглероден диоксид може да се променя дължината на вълната (регулиращите лазери) дискретни във вълновия диапазон 940-1060 пМ.
SO2lazer осигурява висока мощност на излъчване в непрекъснат режим. При възбуждане на молекули на въглероден диоксид с електрон освобождаване излъчва лазерна мощност до 10 киловата. Тези лазери имат по-голяма ефективност е 15-20%, понякога по-висока от 40%. CO2 лазери работят ефективно и в импулсен режим.
CO2 лазери дизайн гарантира високо ниво на енергия, и кръговата честота на стабилността на изходния радиация. Правилното съгласуване на осовата симетрия на активната среда и резонатор позволява надежден избор на напречни моди и разпределение на най-ниското режим TEM00. Стабилността на ъгловото положение на изходния лъчение с висока точност за контрол на местоположението на фокусирания лъч с повърхността на отпечатване материал. Плитък генерира лъч отвор позволява използване на сравнително евтини оптични елементи. Качество на лазер фокус позволява да лъч петно с размер 50-100 микрона, и да получите интензивност на радиация в място до 108 W / cm2.
Една от основните условия на работа на лазера е СО2 лазер неприемливост на загряване на сместа над температурата на 600-700 ° К, и следователно е необходимо да се ефективно охлаждане. отвеждане на топлината от работната смес лазер може да стане или чрез дифузия на топлина към студената стена на тръбата за освобождаване, или чрез заместване на част от нагретия газ към новото. Следователно, методът за охлаждане на работните лазери СО2 газоразрядни смес обикновено се разделя на дифузия и конвекция охлаждане лазери.
Принципът на дифузия охлаждане на лазерния газа в работната смес е разсейване на топлината, генерирана по време на активния елемент поради процес трансфер молекулно газ топлина на охладените стени на тръбата или камера.
В лазери с конвекция охладена смес, извършена от бързото му изпомпване през зона газоразрядни достига високо ниво на работното налягане и обем на вложена енергия в сравнение със съответните параметри на лазери дифузия. Това се постига чрез драстично намаляване на времето сместа се охлажда бързо с изпомпване в сравнение с времето на дифузия охлаждане.
Типични схеми конвективни CO2 лазери с надлъжна и напречна изпомпване се състоят от няколко цилиндрични (надлъжната изпомпване) или правоъгълна (напречна изпомпване) на камерите за газоразрядни, резонатор, топлообменници, вентилатори, gazovodov и прозореца за изход.
Широки primenenienashli лазери базирани на инертни газове - хелий-неонов (He-Ne) и аргон (Аг).
лазер аргон могат да излъчват светлина с различни дължини на вълните на седем, но повече от 80% от тези лазери, работещи в диапазона от 488 (синьо) и 514,5 нм (зелено). В почти ултравиолетовия лазер работи при две дължини на вълната - 351,1 и 363,8 нм. И двете от тези области са от голямо практическо интерес, тъй като те съответстват на района на максимална чувствителност на широко използван снимката и отпечатването на материали.
В сравнение с CO2-аргонов лазер лазер е много по-евтино и по-лесно за работа. Технологията на компютър към Plate аргонов лазер идва от експонатор, въпреки че днес те се използват рядко. В реално време, аргон лазери са най-мощни източници на непрекъснат последователен излъчване в ултравиолетовата и видимите области на спектъра.
С аргон йонен лазер, работещи на преходите с относително високи нива на енергия, което изисква висок ток освобождаване за лазерно изпомпване това. Мощността на излъчване първоначално увеличава приблизително пропорционално на куба на тока; при същите условия, които са близо до работниците, връзката е приблизително квадратно. По-нататъшно увеличение на плътността на тока (600-1000 А / ст2) наситени мастни киселини, и последвано от спад до активният елемент.
Поради високата плътност на тока в тръбата за освобождаване настъпва изпомпване на Аг + йони към катода, което води до липса на поколение. За да се компенсира този ефект в дизайна на тръбата за освобождаване осигурява допълнителна тръба (байпас канал) осигуряване на циркулация обратен газ (фиг. 3.16). За да се предотврати освобождаване през тръбата е по-дълъг от основната тръба освобождаване. В допълнение, тръбата обикновено се поставя в постоянно магнитно поле, успоредна на оста на тръбата. Надлъжен магнитно поле значително влияе плазмени параметри; траекториите на електроните, които се движат през линиите на магнитното поле на стената на обрат освобождаване тръба. В резултат на честотата на сблъсък на плазмените увеличава и загуби от стените са намалени. Напрежението на освобождаване в магнитното поле се намалява и в същото разряден ток на енергия се увеличава радиация, т.е. повишаване на ефективността.
Фигура 3.17 - енергийни нива помощни и работни частици хелий-неонов лазер
В рамките на видими и инфрачервени спектри на хелий-неонов лазер с може да включва голям брой (
130) на спектралните линии. Отделянето на желания спектрален линия е изборът на огледалата оптичните резонатор, чрез въвеждане в диспергиране на резонатор или селективно абсорбиращ елемент и постоянния магнит. Сместа от хелий-неонов лазер работен газ в тръбата за освобождаване, които могат да достигнат дължина от 0,2-1,0 м.
(. Фигура 3.18) - Оптичен резонатор хелий-неонов лазер съдържа две вдлъбнати или плоски огледала 1 и 2; в обем от кухината 3 се поставя тънка тръбичка с вътрешен диаметър от около 1 mm и дължина около 10 см тръба въведена хелий и неон газове в съотношение частични налягания не е :. Ne = 5: 1 и общо налягане от 0,4 кРа на вакуум. изхвърлянето на блясък в тръбата, предоставена от електрическо напрежение от 1-3 кВ от външен източник 4 се прилага между катода и анода 5 6 на тръбата; разряден ток (около 5 mA) е ограничена от резистор 7 (50 ома). В краищата на тръбата за освобождаване на ъгъл на Брюстер до ос тръба θBr, както прозорци са поставени (залепени или заварени) оптичен полирано стъкло 8 и 9. ъгъл на Брюстер определя от съотношението θBr = arctg Ncm. където Ncm - индекс на пречупване стъкло. С такъв ъгъл отразената светлина е напълно поляризиран.
Фигура 3.18 - изграждането на хелий-неонов лазер с
Тръбата е направена от високо качество кварцово стъкло. генериране на значително мощност зависи от диаметъра на тръбата. С увеличаване на нейния диаметър, от една страна увеличава работния обем на сместа от друга - температурата на плазмата електрон намалява, което намалява броя на електрони, които могат да възбуди газ атома.
Предимства на хелий-неонови лазери са съгласувани радиация, ниска консумация на енергия (10.8 W) и относително малки размери. Основните недостатъци - ниска ефективност (10%) и ниска мощност не повече от 100 MW. Когато се използва за възбуждане напрежение пулса на голяма амплитуда на лазер работи в импулсен режим.
Хелий-неонов лазер с дължина на вълната 633 нм са оборудвани, например, равнинни изделия CtP-TIGERCAT компания ECRM. Максималната резолюция на записващи устройства TIGERCAT - 3556 точки / инч, в точка 14 размер на цт.
Използването на мощни газ късовълнови лазери произвежда PNA растер точка с по-стабилни характеристики - "твърда" точка. В тези точки от степента на почерняване по краищата и в центъра са различни от много малко количество. Примери на такива източници са хелий-неонов (He-Ne) и аргон (Аг) лазер с дължина на вълната 650 и 488 нм.
Използването на лазери газ къси дължини на вълните заедно с положителните и отрицателните страни прави. Например, PNA е много по-сложен дизайн, тъй като се изисква специална система за охлаждане, контрол, операция за контрол на лазера и устройството за охлаждане. Това, от своя страна, значително увеличава цената на PNA.
Въпреки доброто представяне на газови лазери, наскоро производители CtP оборудване са склонни да предпочитат по-прости и евтини твърди и полупроводникови лазери.
Свързани статии