gázlézereket
Az aktív közeg lézerek ilyen típusú gáz vagy gázok keverékének.
A gáz lézerek működő mikrorészecskék gázatomok (NE NE, Xe), pozitív töltésű ionok (NE NE 2+. 3+ Ne. Ar 2+ argon. Kripton Kr 2+), molekula (N2. Széndioxid CO2. Víz H2 O, hidrogén-HCN). Elég gyakran a fő dolgozik gáz keverve más gázzal. Például, egy hélium-neon lézeres kibocsátó aktív részecskék neon Ne atomok. Összekeverve hélium Ő javítja feltételek neon gerjesztés Ne atomok rezonancia energia transzfer a felső határa a kvantum rendszer.
A jellemzője az aktív közeg a gázfázisban, az a magas optikai homogenitást, amely lehetővé teszi a nagy rezonátor hossza, és hogy magas irányítottság és monochromaticity a sugárzás. Pumpáló a gázrendszer nem hatékony, mert a gázok elnyelik az energiát keskeny spektrális sávok (vonalak) és a lámpa fényt bocsátanak ki, mint egy széles frekvenciasávon. pumpáló hatékonyság lámpákkal nagyon kicsi a gáz lézerek.
Ezért ez a csoport a lézerek által pumpált áthaladó az aktív közeg az elektromos áram, vagy az úgynevezett parázsfény kisülés.
Szabad elektronok alatt keletkező kisülési, ütközések mikrorészecskékkel (atomok, ionok, molekulák) gáz elektron-ütközéssel gerjeszti őket, és eltolódott a magasabb energia szinten. Ha az élettartama a gerjesztett mikrorészecskék a felső energia szintje viszonylag magas, a gáz-halmazállapotú környezet alakul jól meghatározott és stabil populáció inverzió. elektron impakt módszert hatékonyan használható szivattyúzására Gázlézerek működő folyamatos és / vagy pulzáló üzemmód.
Sikeresen alkalmazott módszer rezonáns gerjesztés transzfer. ahol gerjesztése egy faj mikrorészecskék történik rugalmatlan ütközések a mikrorészecskék egy másik faj. Így létrehozása az aktív közeg a gáz zajlik két szakaszból áll: az első, az elektronok gerjeszti a mikrorészecskék egy kiegészítő gáz, amelyeket azután a folyamat rugalmatlan ütközések A munkagáz mikrorészecskék többlet energia hozzájuk továbbított. Kezdeti felhalmozódása mikrorészecskék kisegítő energia megfelelően, ha az élettartamot mikrorészecskék magas teljesítményszint viszonylag magas.
Ritkábban használt módszerek kémiai szivattyúzási, gáz dinamikus expanzió stb
A gáz lézer cső aktív gáz kerül az optikai rezonátor, amely a legegyszerűbb esetben két párhuzamos tükrök, amelyek közül az egyik áttetsző. Az optikai hullám terjesztő révén az aktív gáz, felerősödik és gyárt egy lavina foton. Elérése a félig átlátszó tükör, a hullám részben túlnyúlik az üreg, ami egy kimeneti lézersugarat. A másik része az optikai energia visszaverődik a tükörbe, és létrehoz egy új lavinát a fotonok. Minden fotonok azonos frekvencia, fázis és irányát további elterjedésének.
Gáz lézerek működnek egy nagyon széles frekvenciatartományban (ultraibolyától a távoli infravörös).
Gázok képest folyadékok és szilárd anyagoknak lényegesen kisebb sűrűségű és magas homogenitás, így a fénysugár gázokban szinte nem torzul, nem szétszórt, és nem veszít energiát. Ennek eredményeként, tájékozódás a lézersugarat gázlézereket meredeken emelkedik a limit határozza meg a fénytörést. A divergencia a fénysugár a gáz lézerek a látható fény tartományban van 10 -5 10 -4 rad, és az infravörös tartományban 10 -3 -10 -4 rad.
A gáz lézersugárzás frekvencia stabilitás döntően fix tükör és más optikai elemek a rezonátor, ami biztosítja, hogy rendkívül magas frekvencia stabilitás. Lényeges, hogy a gáz lézerek képesek kialakítani egy speciális optikai rezgési frekvenciája nagyobb nehézségek nélkül (monokromatikus sugárzás).
A molekuláris lézerek miatt az energia szintjét a rezgési szintjeinek molekulák, azaz relatív mozgása alkotó atomok és atomi elektronok továbbra is alacsony energiaszintet és nem izgatott. Egy tipikus és reprezentatív a leggyakoribb csoportja molekuláris lézerek a szén-dioxid CO2 lézerrel gáz.
Az első hazai és külföldi StC eszközök, mint például a lézeres gravírozás gép LGA, hogy használják a CO2-lézer. Azonban, ezek ma már ritkán használják, főleg a gravírozás fémek vagy polimerek. Ennek az az oka olyan hátrányai CO2-lézerek, mint például a magas hűtési követelmények, alacsony mélységélesség, egy nagy folt méretű (30 mikron).
A CO2-gáz kisülési lézerek egy populáció inverzió érjük elektron-ütközéssel gerjesztési molekulák és gerjesztési rezonáns transzfer. A gerjesztő energia átvitele nitrogén molekula N2. izgatott, viszont elektron hatását. Jellemzően, a parázsfény kisülés feltételeit, körülbelül 90% nitrogént molekulák gerjesztett állapotból, amelynek élettartama nagyon nagy. Molekuláris nitrogén egy jól felhalmozódik a gerjesztő energia és átadja könnyen CO2 molekulák a folyamat rugalmatlan ütközések. A nagy populáció inverzió hozzáadásával érjük el keverékét hélium mentesítés, amely megkönnyíti fellépésének körülményeit a kisülési és elősegíti ürítése az alsó lézer szintek CO2 molekulák.
A finom szerkezet a vibrációs szintű szén-dioxid-molekulák megváltoztathatja a hullámhossz (hangolható lézerek) diszkrét közötti hullámhossztartományban 940-1060 nm.
SO2lazer kiváló sugárzási teljesítmény a folyamatos üzemmódban. Gerjesztés hatására a szén-dioxid-molekulák által elektron kisütési bocsát ki, lézer teljesítmény akár 10 kW. Ezek a lézerek nagyobb hatékonysága 15-20%, néha olyan magas, mint 40%. CO2 lézerek hatékony működését, és pulzáló üzemmódban.
CO2 lézerek kialakítás biztosítja a magas szintű energia és a körfrekvencia a kimeneti sugárzás stabilitását. Alapvető fontosságú a tengelyes szimmetria az aktív közeg és rezonátor teszi megbízható kiválasztási keresztirányú módok és elosztása a legalacsonyabb mód TEM00. A stabilitás a szöghelyzetének a kimeneti sugárzás nagy pontossággal, hogy ellenőrizzék a helyét a fókuszált sugár felszínén a nyomtatási segédanyag. Sekély generált sugárnyílás lehetővé teszi viszonylag olcsó optikai elemeket. Minősége a lézer fókusz lehetővé teszi, hogy nyalábfolt mérete 50-100 mikron, és kap a sugárzás intenzitása a helyszínen 108 W / cm2.
Az egyik fő működési feltételeit lézer egy CO2 lézer elfogadhatatlantól a keverék melegítése fölött a hőmérséklet 600-700 ° K, és ezért szükség van a hatékony hűtés. A hőelvonás ebből a lézer dolgozik keveréket lehet tenni vagy diffúzióval a hőt a hideg fal a kisülési cső, vagy helyettesíthetjük egy részét a melegített gázt, hogy az új. Ezért, a hűtés módja a dolgozó keveréket kisülési CO2 lézerek általában osztva egy diffúziós és konvekciós hűtési lézerek.
Az elv a diffúziós hűtése a lézer gáz az üzemi keverék hőleadás során keletkezett lézeranyagot miatt a molekuláris gáz hőátadás folyamatában a lehűtött falak a cső vagy kamra.
A lézerek egy konvekciós-lehűtött elegyet, által végzett gyors szivattyúzási keresztül gázkisülési zóna eléri a magas szintű üzemi nyomás, és egy kötet energiabevitel, mint a megfelelő paramétereket a diffúziós lézerek. Ez úgy érhető el, jelentősen csökkenti az időt a keveréket lehűtjük gyors szivattyúzási képest az időben a diffúziós hűtés.
Tipikus rendszerek konvektív CO2 lézerek hosszanti és keresztirányú szivattyúzási állhat több hengeres (hosszanti pumpálás), vagy téglalap (keresztirányú szivattyúzási) a kisülési kamrák, a rezonátor, hőcserélők, ventilátorok, gazovodov és a kilépési ablak.
Szélesebb primenenienashli lézerek alapuló inert gázok - hélium-neon (He-Ne) és argon (Ar).
Az argon lézer fényt bocsátanak ki a különböző hullámhosszú hét, de több mint 80% -a az ilyen lézerek dolgozó tartományban 488 (kék) és 514,5 nm-nél (zöld). A közeli ultraibolya lézerrel működik két hullámhosszon - 351,1 és 363.8 nm. Mindkét terület nagy gyakorlati érdeklődés, mivel megfelelnek a régió legnagyobb érzékenysége széles körben használják a fényképet és a nyomtatási anyagokat.
Összehasonlítva a CO2-lézer Argon lézer sokkal olcsóbb és könnyebben kezelhető. A technológia a Computer-to-Plate argonlézerből jött a levilágító, bár ma már ritkán használják. A valós időben, argon lézerek a legerősebb források folyamatos koherens sugárzás az ultraibolya és a látható régiókban a spektrum.
Argonionlézerrel működő átmenetek, amelyek viszonylag nagy mennyiségű energiát igényel nagy áram mentesítés lézer pumpáló ezt. A sugárzási teljesítmény kezdetben növekszik nagyjából arányos a kocka a jelenlegi; ugyanolyan körülmények között, amelyek közel vannak a munkások, a kapcsolat nagyjából négyzetes. A további növekedés a áramsűrűség (600-1000 A / cm 2) a telített zsírsavak, és csökkenés követte, amíg lézeranyagot faj.
Mivel a nagy áramsűrűség a kisülési csőben történik szivattyúzási Ar + ionok felé a katód, ami egy hiba a generáció. Annak érdekében, hogy kompenzálják ezt a hatást a design a kisülési cső további cső (megkerülő csatorna) egy fordított gázkeringtetési (ábra. 3.16). Annak megakadályozása érdekében mentesítési csövön keresztül történik hosszabb, mint a fő cső. Ezen túlmenően, a cső jellemzően Ezt egy állandó mágneses mező párhuzamos a cső tengelyével. A hosszanti mágneses mező nagyban befolyásolja a plazma paraméterek; pályagörbéit elektronok áthaladó mágneses erővonalak a falra a kisülési cső csavar. Ennek eredményeként az ütközés gyakorisága a plazmában növekszik, és a veszteségek a falakon csökken. A kisülési feszültség a mágneses mezőben csökken, és ezzel egy kisülési áram a sugárzási teljesítmény növekszik, azaz növeli a hatékonyságot.
Ábra 3.17 - Energia szintek kisegítő és működő részecskék hélium-neon lézeres
Tartományon belül a látható és az infravörös spektrumát a hélium-neon lézeres tartalmazhat nagyszámú (
130) spektrális vonalak. Szétválasztása a kívánt spektrális vonal kiválasztása az optikai rezonátor tükrök, beépítünk a rezonátor diszpergáló- vagy szelektíven abszorbeáló elem, és az állandó mágnes. A hélium-neon lézeres munkagáz keverék a kisülési csőben, amely elérheti a hossza 0,2-1,0 m.
Optikai rezonátor hélium - neon lézeres (. Ábra 3.18) két konkáv vagy sík tükrök 1 és 2; térfogatban a 3 üreg van elhelyezve egy vékony cső, amelynek belső átmérője mintegy 1 mm és a hossza körülbelül 10 cm-es csőbe bevezetni hélium és neon gázok arányban a parciális nyomások nem :. Ne = 5: 1, és a teljes nyomás 0,4 kPa vákuumban. A parázsfény a csőben által biztosított elektromos feszültség 1-3 kV egy külső forrásból 4 között alkalmazzuk a katód 5 és az anód 6 a cső; a kisülési áram (körülbelül 5 mA) korlátozza az ellenállás 7 (50 ohm). A végén a kisülési cső a Brewster szöget zár be a cső tengelyével θBr például az ablakok vannak elhelyezve (ragasztva vagy hegesztve) optikai polírozott üveg 8. és 9. A Brewster szög aránya határozza meg θBr = arctg NCM. ahol NCM - üveg törésmutatója. Az ilyen szöget a visszavert fény polarizált teljesen.
Ábra 3.18 - Az építőiparban a hélium-neon lézeres
A csövet készült kiváló minőségű kvarcüveg. generáló teljesítmény lényegében attól függ, hogy a cső átmérője. A növekedés az átmérője, egyrészt növeli működő térfogatának a keverék, a másik - a plazma elektron hőmérséklete csökken, ami csökkenti az elektronok száma, amely gerjeszti gázatomok.
Előnyei hélium-neon lézerek koherens sugárzás, alacsony fogyasztás (10,8 W), és viszonylag kis mérete. A fő hátránya - alacsony hatékonyság (10%) és az alacsony kimenő teljesítménye nem haladja meg a 100 mW. Amikor használt gerjesztő feszültség impulzus nagy amplitúdójú lézer működik pulzáló módban.
Hélium-neon lézeres egy hullám hossza 633 nm vannak felszerelve, például sík eszközök CTP-tigercat cég ECRM. A maximális felbontás az adatrögzítő készülékek tigercat - 3556 pont / hüvelyk, egy ponton 14 um méretű.
A nagy teljesítményű gáz rövidhullámú lézerek termel PNA rácspontban stabilabb jellemzők - „merev” pontot. Ezeken a pontokon a mértéke feketedés a széleken és középen is különböznek, nagyon kis mennyiségben. Példák az ilyen források a hélium-neon (He-Ne) és argon (Ar) lézer hullámhossza 650 és 488 nm-en.
A gáz használata rövid hullámhosszú lézerek együtt a pozitív és negatív oldalát nem. Például, PNA sokkal bonyolultabb tervezési, mert egy speciális hűtési rendszer szükséges, ellenőrzés, üzemeltetés A lézer és a hűtőberendezés. Ez viszont drámaian növeli az árat a PNA.
Annak ellenére, hogy a jó teljesítményt a gáz lézerek, a közelmúltban CTP berendezés gyártók általában inkább egy egyszerű és olcsó szilárdtest és a félvezető lézerek.