O principal componente de trabalho de qualquer dispositivo a laser é o chamado meio ativo. Ele não apenas atua como uma fonte de fluxo direcionado, mas em alguns casos pode melhorá-lo significativamente. É precisamente essa característica que as misturas de gases que atuam como substância ativa em instalações de laser possuem. Ao mesmo tempo, existem diferentes modelos desses dispositivos, que diferem tanto no design quanto nas características do ambiente de trabalho. De uma forma ou de outra, o laser a gás tem muitas vantagens que lhe permitiram ocupar um lugar forte no arsenal de muitas empresas industriais.
Características da ação do meio gasoso
Tradicionalmente, os lasers são associados a meios sólidos e líquidos que contribuem para a formação de um feixe de luz com o desempenho necessário. Neste caso, o gás tem as vantagens de uniformidade e baixa densidade. Essas qualidadespermitir que o feixe de laser não seja distorcido, não perca energia e não se espalhe. Além disso, o laser de gás é caracterizado por um aumento da diretividade da radiação, cujo limite é determinado apenas pela difração da luz. Em comparação com os sólidos, a interação das partículas de gás ocorre exclusivamente durante colisões em condições de deslocamento térmico. Como resultado, o espectro de energia da carga corresponde ao nível de energia de cada partícula separadamente.
Dispositivo a laser a gás
O dispositivo clássico desses dispositivos é formado por um tubo selado com um meio funcional gasoso, além de um ressonador óptico. O tubo de descarga é geralmente feito de cerâmica de corindo. Ele é colocado entre um prisma refletor e um espelho em um cilindro de berílio. A descarga é realizada em duas seções com um cátodo comum em corrente contínua. Os cátodos frios de óxido de tântalo são mais frequentemente divididos em duas partes por meio de um espaçador dielétrico, o que garante uma distribuição uniforme das correntes. Além disso, o dispositivo de laser a gás prevê a presença de ânodos - sua função é realizada pelo aço inoxidável, apresentado na forma de fole a vácuo. Esses elementos proporcionam uma conexão flexível entre tubos, prismas e suportes de espelhos.
Princípio de funcionamento
Para encher de energia o corpo ativo em gás, são utilizadas descargas elétricas, que são geradas por eletrodos na cavidade do tubo do dispositivo. Durante a colisão de elétrons com partículas de gáseles são despertados. Isso cria a base para a emissão de fótons. A emissão estimulada de ondas de luz no tubo aumenta à medida que passam pelo plasma gasoso. Os espelhos expostos nas extremidades do cilindro formam a base para a direção preferencial do fluxo de luz. Um espelho translúcido, que é fornecido com um laser de gás, seleciona uma fração de fótons do feixe direcional, e o restante deles é refletido dentro do tubo, mantendo a função de radiação.
Recursos
O diâmetro interno do tubo de descarga é geralmente de 1,5 mm. O diâmetro do cátodo de óxido de tântalo pode atingir 48 mm com um comprimento de elemento de 51 mm. Neste caso, o projeto opera sob a ação de uma corrente contínua com tensão de 1000 V. Nos lasers de hélio-neon, a potência de radiação é pequena e, via de regra, é calculada em décimos de W.
Os modelos de dióxido de carbono utilizam tubos com diâmetro de 2 a 10 cm, vale ress altar que um laser a gás operando em modo contínuo possui uma potência muito alta. Do ponto de vista da eficiência operacional, esse fator às vezes é uma vantagem, no entanto, para manter uma função estável de tais dispositivos, são necessários espelhos duráveis e confiáveis com propriedades ópticas aprimoradas. Como regra, os tecnólogos usam elementos de metal e safira com tratamento de ouro.
Variedades de lasers
A classificação principal implica a divisão desses lasers de acordo com o tipo de mistura gasosa. Já mencionamos as características dos modelos baseados em um corpo ativo de dióxido de carbono, mas tambémmeios iônicos, hélio-neon e químicos são comuns. Para fabricar o projeto do dispositivo, os lasers de gás iônico requerem o uso de materiais com alta condutividade térmica. Em particular, são utilizados elementos cerâmicos metálicos e peças à base de cerâmica de berílio. A mídia de hélio-neon pode operar em diferentes comprimentos de onda na radiação infravermelha e no espectro de luz visível. Os espelhos ressonadores de tais dispositivos são distinguidos pela presença de revestimentos dielétricos multicamadas.
Os lasers químicos representam uma categoria separada de tubos de gás. Eles também envolvem o uso de misturas gasosas como meio de trabalho, mas o processo de formação da radiação luminosa é fornecido por uma reação química. Ou seja, o gás é usado para excitação química. Dispositivos deste tipo são vantajosos porque podem converter diretamente energia química em radiação eletromagnética.
Uso de lasers a gás
Praticamente todos os lasers deste tipo são altamente confiáveis, duráveis e acessíveis. Esses fatores levaram ao seu uso generalizado em várias indústrias. Por exemplo, dispositivos de hélio-neon encontraram aplicação em operações de nivelamento e ajuste que são realizadas em operações de minas, na construção naval, bem como na construção de várias estruturas. Além disso, as características dos lasers de hélio-neon são adequadas para uso na organização de comunicações ópticas, no desenvolvimento de materiais holográficos e giroscópios quânticos. Não foi exceção em termos de benefícios práticos elaser de gás argônio, cuja aplicação mostra eficiência no campo de processamento de materiais. Em particular, tais dispositivos servem como cortador de rochas duras e metais.
Revisões do laser a gás
Se considerarmos os lasers do ponto de vista das propriedades operacionais vantajosas, muitos usuários notam a alta diretividade e qualidade geral do feixe de luz. Tais características podem ser explicadas por uma pequena proporção de distorções ópticas, independentemente das condições de temperatura ambiente. Quanto às desvantagens, é necessária uma grande voltagem para desbloquear o potencial dos meios gasosos. Além disso, um laser de gás hélio-neon e dispositivos baseados em misturas de dióxido de carbono requerem uma quantidade considerável de energia elétrica para serem conectados. Mas, como mostra a prática, o resultado se justifica. São usados dispositivos de baixa potência e dispositivos com alto potencial de potência.
Conclusão
As possibilidades de misturas de descarga de gás em termos de uso em sistemas a laser ainda são insuficientemente dominadas. No entanto, a demanda por tais equipamentos vem crescendo com sucesso há muito tempo, formando um nicho correspondente no mercado. O laser a gás recebeu a maior distribuição da indústria. É usado como ferramenta para corte pontual e preciso de materiais sólidos. Mas também há fatores que dificultam a disseminação desses equipamentos. Em primeiro lugar, trata-se de um desgaste rápido da base do elemento, o que reduz a durabilidade dos dispositivos. Em segundo lugar, existem altos requisitos para fornecer uma descarga elétrica,necessário para formar a viga.
