RP Photonics Encyclopedia - CO2 лазеры, углекислотный лазер

  1. Типы лазера
  2. Приложения
  3. Список используемой литературы

Найти более подробную информацию о поставщике на конец статьи энциклопедии или зайдите в наш

Вас еще нет в списке? Получите вашу запись!

CO2-лазер ( углекислотный лазер ) является молекулярная газовый лазер на основе газовой смеси в качестве получить средний , который содержит углекислый газ (CO2), гелий (He), азот (N2) и, возможно, немного водорода (H2), водяной пар и / или ксенон (Xe). Такой лазер электрически накачивается через газовый разряд, который может работать с постоянным током, переменным током (например, 20–50 кГц) или в радиочастотной (РЧ) области. Молекулы азота возбуждаются разрядом в метастабильное колебательный уровень и передача их энергии возбуждения молекулам CO2 при столкновении с ними. Гелий служит для обезвреживания нижнего уровня лазера и удаления тепла. Другие компоненты, такие как водород или водяной пар, могут помочь (особенно в лазерах с герметичной трубкой) переокислить окись углерода (образующуюся в разряде) до двуокиси углерода.

Найти более подробную информацию о поставщике на   конец статьи энциклопедии   или зайдите в наш   Вас еще нет в списке

Рисунок 1: Схематическая установка лазера на углекислом газе с герметичной трубкой. Газовая трубка имеет Брюстер окна и охлаждается водой.

CO2-лазеры обычно излучают на длина волны 10,6 мкм, но есть и другие линии в области 9–11 мкм (особенно при 9,6 мкм). В большинстве случаев средняя мощность составляет от нескольких десятков ватт до многих киловатт. эффективность преобразования энергии может быть значительно выше 10%, т.е. это выше, чем для большинства газовые лазеры (из-за особенно благоприятного пути возбуждения), также выше, чем для Лампа накачкой твердотельные лазеры , но ниже, чем у многих лазеры с диодной накачкой ,

Из-за их высокой выходной мощности, CO2-лазеры требуют высокого качества инфракрасная оптика часто изготавливаются из таких материалов, как селенид цинка (ZnSe) или сульфид цинка (ZnS).

Типы лазера

Семейство CO2-лазеров очень разнообразно:

  • Для мощности лазера от нескольких ватт до нескольких сотен ватт обычно используют лазеры с герметичной трубкой или без потока, в которых отверстие лазера и источник газа находятся в герметичной трубке. Такие лазеры компактны и прочны, а срок их службы составляет несколько тысяч часов.
  • Мощные пластинчатые лазеры с диффузионным охлаждением (не путать с твердое состояние сляб лазеры ) газ должен находиться в зазоре между парой плоских радиочастотных электродов с водяным охлаждением. Избыточное тепло эффективно передается на электроды путем диффузии, если расстояние между электродами мало по сравнению с шириной электрода. Возможны несколько киловатт мощности.
  • Лазеры с быстрым осевым потоком и лазеры с быстрым поперечным потоком также подходят для выходных мощностей с непрерывной волной в несколько киловатт. Избыточное тепло отводится быстродействующей газовой смесью, которая проходит через внешний охладитель, прежде чем снова используется в разряде.
  • Лазеры с поперечной возбужденной атмосферой (TEA) имеют очень высокое (примерно атмосферное) давление газа. Поскольку напряжение, требуемое для продольного разряда, будет слишком высоким, поперечное возбуждение осуществляется с помощью ряда электродов вдоль трубки. TEA лазеры работают только в импульсном режиме, так как газовый разряд не будет стабильным при высоких давлениях. Они часто вырабатывают среднюю выходную мощность ниже 100 Вт, но также могут быть изготовлены для мощности в десятки киловатт (в сочетании с высокой частота следования импульсов ).
  • Существуют газодинамические CO2-лазеры для мощности в несколько мегаватт (например, для противоракетного оружия), где энергия обеспечивается не газовым разрядом, а химической реакцией в ракетном двигателе.

Концепции отличаются в основном техникой отвода тепла, а также используемым давлением газа и геометрией электрода. В маломощных лазерах с герметичной трубкой (используется, например, для лазерная маркировка ), отработанное тепло передается к стенкам трубы путем диффузии или медленного потока газа. качество луча может быть очень высоким. Мощные CO2-лазеры используют быструю принудительную газовую конвекцию, которая может быть в осевом направлении (то есть вдоль направления луча) или в поперечном направлении (для самых высоких мощностей).

Приложения

CO2 лазеры широко используются для обработки материалов, в частности для

  • резка пластиковых материалов, дерева, экструзионных плит и т. д. поглощение при 10,6 мкм и требующих умеренного уровня мощности 20–200 Вт
  • резка и сварка металлов, таких как нержавеющая сталь, алюминий или медь, с применением мощности в несколько киловатт
  • лазерная маркировка из различных материалов.

Другие применения включают лазерную хирургию (включая офтальмологию) и поиск дальности ,

CO2-лазеры, используемые для обработки материалов (например, сварка и резка металлов или лазерная маркировка), конкурируют с твердотельные лазеры (в частности, YAG лазеры а также волоконные лазеры ) работает в режиме длин волн 1 мкм. Эти более короткие волны имеют преимущества более эффективного поглощения в металлической заготовке и возможности доставки луча через оптоволоконные кабели , (Нет оптических волокна для мощных лазерных лучей 10 мкм.) Потенциально меньше произведение параметров луча 1-мкм лазеры также могут быть выгодными. Тем не менее, последний потенциал обычно не может быть реализован с высокой мощностью лазеры с ламповой накачкой , а также лазеры с диодной накачкой как правило, дороже. По этим причинам CO2-лазеры по-прежнему широко используются в сфере резки и сварки, особенно для деталей толщиной более нескольких миллиметров, и их продажи составляют более 10% всех мировых продаж лазеров (по состоянию на 2013 год). Это может в некоторой степени измениться в будущем из-за развития мощных тонкодисковые лазеры и усовершенствованные оптоволоконные кабели в сочетании с технологиями, которые используют высокое качество луча таких лазеров.

Из-за их высокой мощности и высокого напряжения возбуждения, CO2-лазеры поднимают серьезные проблемы лазерная безопасность , Тем не менее, их большая длина волны работы делает их относительно безопасный для глаз при низкой интенсивности.

Список используемой литературы

[1] К.К. Патель, «Непрерывно-волновое лазерное воздействие на колебательно-вращательные переходы СО2», Phys. Rev. 136 (5A), A1187 (1964) [2] К.К. Патель, «Интерпретация экспериментов с оптическим мазером CO2», Phys. Преподобный Летт. 12 (21), 588 (1964) [3] А. Робинсон и Д. Джонсон, «Лазерная двуокись углерода, 1964–1969 гг.», IEEE J. Квантовый Электрон. 6 (10), 590 (1970) [4] PT Woods et al. «Стабильные одночастотные лазеры на углекислом газе», J. Phys. E: Sci. Инструм. 9, 395 (1976) [5] А.Л.С. Смит и Дж. Меллис, «Эффективность работы в импульсных лазерах на диоксиде углерода», Appl. Phys. Lett. 41, 1037 (1982) [6] К.М. Абрамский и соавт. , «Масштабирование мощности CO2-лазеров с поперечным радиочастотным разрядом большой площади», Appl. Phys. Lett. 54, 1833 (1989) [7] О. Свелто, Принципы лазеров , Пленум Пресс, Нью-Йорк (1998)

(Предложите дополнительную литературу!)

Смотрите также: газовые лазеры , молекулярные лазеры , лазерная маркировка , мощные лазеры , твердотельные лазеры , инфракрасная оптика
и другие статьи в категории лазеры

Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею с друзьями и коллегами, например, через социальные сети:

 
Карта