مكون العمل الرئيسي لأي جهاز ليزر هو ما يسمى بالوسط النشط. إنه لا يعمل فقط كمصدر للتدفق الموجه ، ولكن في بعض الحالات يمكن أن يعززه بشكل كبير. هذه هي الميزة التي تتمتع بها مخاليط الغاز التي تعمل كمواد فعالة في تركيبات الليزر. في الوقت نفسه ، هناك نماذج مختلفة من هذه الأجهزة ، والتي تختلف في التصميم وخصائص بيئة العمل. بطريقة أو بأخرى ، يتمتع ليزر الغاز بالعديد من المزايا التي سمحت له بأخذ مكانة قوية في ترسانة العديد من المؤسسات الصناعية.
ميزات عمل وسط الغاز
تقليديا ، يرتبط الليزر بالوسائط الصلبة والسائلة التي تساهم في تكوين شعاع ضوئي بالأداء المطلوب. في هذه الحالة ، يتميز الغاز بالتوحيد والكثافة المنخفضة. هذه الصفاتالسماح لشعاع الليزر ألا يتشوه ، ولا يفقد الطاقة ولا يتشتت. أيضًا ، يتميز ليزر الغاز بتوجيهية متزايدة للإشعاع ، يتم تحديد حده فقط من خلال حيود الضوء. بالمقارنة مع المواد الصلبة ، يحدث تفاعل جزيئات الغاز حصريًا أثناء الاصطدامات في ظل ظروف الإزاحة الحرارية. نتيجة لذلك ، يتوافق طيف الطاقة للحشو مع مستوى الطاقة لكل جسيم على حدة.
جهاز ليزر غاز
يتكون الجهاز الكلاسيكي لهذه الأجهزة من أنبوب مغلق بوسط وظيفي غازي ، بالإضافة إلى مرنان بصري. عادة ما يكون أنبوب التفريغ مصنوعًا من سيراميك اكسيد الالمونيوم. يتم وضعه بين منشور عاكس ومرآة على أسطوانة من البريليوم. يتم التفريغ في قسمين مع الكاثود المشترك في التيار المباشر. غالبًا ما يتم تقسيم الكاثودات الباردة من أكسيد التنتالوم إلى جزأين عن طريق فاصل عازل ، مما يضمن توزيعًا موحدًا للتيارات. أيضًا ، يوفر جهاز الليزر الغازي وجود الأنودات - يتم تنفيذ وظيفتها بواسطة الفولاذ المقاوم للصدأ ، والتي يتم تقديمها في شكل منفاخ فراغ. توفر هذه العناصر اتصالاً مرنًا بين الأنابيب والمنشور وحوامل المرآة.
مبدأ العمل
لملء الجسم النشط بالغاز بالطاقة ، يتم استخدام التفريغ الكهربائي ، والذي يتم إنشاؤه بواسطة أقطاب كهربائية في تجويف أنبوب الجهاز. أثناء اصطدام الإلكترونات بجزيئات الغازأثاروا. هذا يخلق الأساس لانبعاث الفوتونات. يزداد الانبعاث المحفز للموجات الضوئية في الأنبوب أثناء مرورها عبر بلازما الغاز. تشكل المرايا المكشوفة الموجودة في نهايات الأسطوانة أساس الاتجاه التفضيلي لتدفق الضوء. تقوم المرآة الشفافة المزودة بغاز ليزر بتحديد جزء من الفوتونات من الحزمة الاتجاهية ، وينعكس باقي الفوتونات داخل الأنبوب ، مما يحافظ على وظيفة الإشعاع.
الميزات
القطر الداخلي لأنبوب التفريغ عادة ما يكون 1.5 مم. يمكن أن يصل قطر كاثود أكسيد التنتالوم إلى 48 مم وطول عنصر يبلغ 51 مم. في هذه الحالة ، يعمل التصميم تحت تأثير تيار مباشر بجهد 1000 فولت. في ليزر الهيليوم-نيون ، تكون طاقة الإشعاع صغيرة ، وكقاعدة عامة ، تُحسب بأعشار دبليو
نماذج ثاني أكسيد الكربون تستخدم أنابيب بقطر من 2 إلى 10 سم ، وتجدر الإشارة إلى أن ليزر الغاز الذي يعمل في الوضع المستمر لديه طاقة عالية جدًا. من وجهة نظر الكفاءة التشغيلية ، يكون هذا العامل في بعض الأحيان ميزة إضافية ، ومع ذلك ، للحفاظ على وظيفة مستقرة لهذه الأجهزة ، يلزم وجود مرايا متينة وموثوقة مع خصائص بصرية محسّنة. كقاعدة عامة ، يستخدم التقنيون العناصر المعدنية والياقوتية مع معالجة الذهب.
أنواع مختلفة من الليزر
التصنيف الرئيسي يعني تقسيم مثل هذه الليزرات وفقًا لنوع خليط الغازات. لقد ذكرنا بالفعل ميزات النماذج القائمة على الجسم النشط لثاني أكسيد الكربون ، ولكن أيضًاتعتبر الوسائط الأيونية والهيليوم والنيون والوسائط الكيميائية شائعة. لتصنيع تصميم الجهاز ، تتطلب ليزر الغازات الأيونية استخدام مواد ذات موصلية حرارية عالية. على وجه الخصوص ، يتم استخدام العناصر والأجزاء المصنوعة من السيراميك والمعدن المصنوعة من سيراميك البريليوم. يمكن أن تعمل وسائط الهيليوم-نيون بأطوال موجية مختلفة في الأشعة تحت الحمراء وفي طيف الضوء المرئي. تتميز المرايا الرنانة لهذه الأجهزة بوجود طلاءات عازلة متعددة الطبقات.
تمثل الليزر الكيميائي فئة منفصلة من أنابيب الغاز. كما أنها تنطوي على استخدام مخاليط الغاز كوسيط عمل ، ولكن يتم توفير عملية تكوين الإشعاع الضوئي من خلال تفاعل كيميائي. وهذا يعني أن الغاز يستخدم في الإثارة الكيميائية. تعتبر الأجهزة من هذا النوع مفيدة حيث يمكنها تحويل الطاقة الكيميائية مباشرة إلى إشعاع كهرومغناطيسي.
استخدام ليزر الغاز
عمليًا جميع أنواع الليزر من هذا النوع موثوقة للغاية ومتينة وبأسعار معقولة. أدت هذه العوامل إلى استخدامها على نطاق واسع في مختلف الصناعات. على سبيل المثال ، وجدت أجهزة الهليوم-نيون تطبيقات في عمليات التسوية والتعديل التي يتم إجراؤها في عمليات المناجم ، وفي بناء السفن ، وكذلك في بناء الهياكل المختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن خصائص ليزر الهليوم-نيون مناسبة للاستخدام في تنظيم الاتصالات الضوئية ، في تطوير المواد الثلاثية الأبعاد والجيروسكوبات الكمومية. لم يكن استثناء من حيث الفوائد العملية وليزر غاز الأرجون ، والذي يظهر تطبيقه الكفاءة في مجال معالجة المواد. على وجه الخصوص ، تعمل هذه الأجهزة كقاطع للصخور الصلبة والمعادن.
مراجعات ليزر الغاز
إذا أخذنا في الاعتبار الليزر من وجهة نظر الخصائص التشغيلية المفيدة ، فإن العديد من المستخدمين يلاحظون الاتجاهية العالية والجودة الشاملة لشعاع الضوء. يمكن تفسير هذه الخصائص بنسبة صغيرة من التشوهات البصرية ، بغض النظر عن ظروف درجة الحرارة المحيطة. بالنسبة للعيوب ، هناك حاجة إلى جهد كبير لإطلاق إمكانات الوسائط الغازية. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب أجهزة ليزر غاز الهيليوم ونيون والأجهزة القائمة على مخاليط ثاني أكسيد الكربون قدرًا كبيرًا من الطاقة الكهربائية لتوصيلها. ولكن ، كما تظهر الممارسة ، فإن النتيجة تبرر نفسها. يتم استخدام كل من الأجهزة منخفضة الطاقة والأجهزة ذات الإمكانات العالية للطاقة.
الخلاصة
لا تزال إمكانيات مخاليط تفريغ الغاز من حيث استخدامها في أنظمة الليزر غير متقنة بشكل كافٍ. ومع ذلك ، فإن الطلب على هذه المعدات ينمو بنجاح لفترة طويلة ، ويشكل مكانًا مناسبًا في السوق. تلقى ليزر الغاز أكبر توزيع في الصناعة. يتم استخدامه كأداة للقطع النقطي والدقيق للمواد الصلبة. ولكن هناك أيضًا عوامل تعيق انتشار مثل هذه المعدات. أولاً ، يعد هذا تآكلًا سريعًا لقاعدة العنصر ، مما يقلل من متانة الأجهزة. ثانياً ، هناك متطلبات عالية لتوفير تفريغ كهربائي ،مطلوب لتشكيل شعاع.
