Углекислотный лазер: различия между версиями
[непроверенная версия] | [отпатрулированная версия] |
Ahasheni (обсуждение | вклад) м →Устройство лазера: викификация |
|||
(не показано 11 промежуточных версий 11 участников) | |||
Строка 1: | Строка 1: | ||
[[Файл:Carbon Dioxide Laser At The Laser Effects Test Facility.jpg|thumb|right|400px|Поверхность исследуемой мишени мгновенно испаряется и вспыхивает при облучении |
[[Файл:Carbon Dioxide Laser At The Laser Effects Test Facility.jpg|thumb|right|400px|Поверхность исследуемой мишени мгновенно испаряется и вспыхивает при облучении длительным импульсом углекислотного лазера (излучает десятки киловатт [[Инфракрасный свет|инфракрасного]] излучения). Оператор стоит за листами [[плексиглас]]а, непрозрачного для инфракрасного света.]] |
||
'''Углекислотный ла́зер''', [[лазер]] на [[Диоксид углерода|углекислом газе]] (CO<sub>2</sub>-лазер) — один из первых типов [[газовый лазер|газовых лазеров]] ( |
'''Углекислотный ла́зер''', [[лазер]] на [[Диоксид углерода|углекислом газе]] (CO<sub>2</sub>-лазер) — один из первых типов [[газовый лазер|газовых лазеров]] (изобретён в 1964 году<ref>{{статья |
||
⚫ | |||
| last = Patel |
|||
⚫ | |||
| first = C. K. N. |
|||
|том=136 |
|||
| authorlink = C. Kumar N. Patel |
|||
|номер=5A |
|||
| year = 1964 |
|||
|страницы=A1187—A1193 |
|||
⚫ | |||
|doi=10.1103/PhysRev.136.A1187 |
|||
⚫ | |||
|bibcode=1964PhRv..136.1187P |
|||
| volume = 136 |
|||
|язык=en |
|||
| issue = 5A |
|||
|тип=journal |
|||
| pages = A1187–A1193 |
|||
|автор={{Нп3|Patel, C. K. N.|Patel, C. K. N.||C. Kumar N. Patel}} |
|||
| doi = 10.1103/PhysRev.136.A1187|bibcode = 1964PhRv..136.1187P }}</ref>). Один из самых мощных лазеров с непрерывным излучением на начало XXI века. Их КПД может достигать 20 %. |
|||
|год=1964}}</ref>). На начало XXI века — один из самых мощных лазеров с непрерывным излучением до 80 кВт в непрерывном режиме и до сотен МВт в импульсном режиме с модуляцией добротности<ref name="Kneubühl">''Kneubühl M.'' Sigrist: Laser. 7. Auflage. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8351-0145-6, S. 229 ff.</ref>. Имеет КПД, достигающим 15—20 %<ref name="Kneubühl"/>. Углекислотные лазеры излучают в [[Инфракрасное излучение|инфракрасном диапазоне]], с длиной волны от 9,6 до 10,6 [[Микрометр|мкм]]. |
|||
Углекислотный лазер используется для [[гравировка|гравировки]] [[Резина|резины]] и [[пластик]]а, резки [[Органическое стекло|органического стекла]] и металлов, сварки металлов, в том числе металлов с очень высокой теплопроводностью, таких как [[алюминий]] и [[латунь]]. |
|||
Углекислотные лазеры излучают в [[Инфракрасное излучение|инфракрасном диапазоне]], с длиной волны от 9,4 до 10,6 [[Микрометр|мкм]]. |
|||
== Устройство лазера == |
== Устройство лазера == |
||
[[Лазерные материалы|Активной средой]] углекислотных лазеров является газообразная смесь CO<sub>2</sub>, [[азот]]а (N<sub>2</sub>), [[Гелий|гелия]] (He). Иногда в смесь также добавляется [[ |
[[Лазерные материалы|Активной средой]] углекислотных лазеров является газообразная смесь CO<sub>2</sub>, [[азот]]а (N<sub>2</sub>), [[Гелий|гелия]] (He). Иногда в смесь также добавляется [[водород]] (H<sub>2</sub>) или [[ксенон]] (Xe). Примеси необходимы для снижения потенциала зажигания газа в лазере, обеспечения т. н. [[эффект Пеннинга|эффекта Пеннинга]]<ref>{{Cite web |url=http://femto.com.ua/articles/part_2/2780.html |title=Пеннинга эффект — Физическая энциклопедия<!-- Заголовок добавлен ботом --> |access-date=2016-06-15 |archive-date=2016-04-16 |archive-url=https://web.archive.org/web/20160416175401/http://femto.com.ua/articles/part_2/2780.html |url-status=live }}</ref>. Соотношение концентраций газов в смеси зависит от его конкретной реализации, но концентрации CO<sub>2</sub> и N<sub>2</sub> в смеси обычно составляют 5—20 %. |
||
⚫ | [[Инверсия населённостей]] возбуждённых молекул CO<sub>2</sub> достигается с помощью [[Газовый разряд|газового разряда]], причём сначала возбуждаются колебания молекул азота, затем при столкновении возбуждённых молекул азота с молекулами CO<sub>2</sub> часть их колебательной энергии передаётся молекулам CO<sub>2</sub>. Дальнейшее понижение [[Инверсия электронных населённостей|инверсии]] газа в активной среде производится гелием, а стенки трубки, в которую заключена активная среда, принудительно охлаждается газом или водой (в мощных лазерах). |
||
⚫ | Так как эти лазеры генерируют ИК-излучение, для изготовления их оптических элементов используются специальные материалы. Зеркала [[Резонатор Фабри — Перо|резонатора Фабри-Перо]] обычно имеют [[Серебро|серебряное]] напыление, а [[Линза|линзы]] и окна изготавливают из [[монокристалл]]ов [[Германий|германия]] или [[Селенид цинка|селенида цинка]] — материалов, хорошо прозрачных для инфракрасного излучения в рабочем диапазоне длин волн. В мощных лазерах предпочтительнее использование [[Позолота|позолоченных]] зеркал и [[Селенид цинка|селенида цинка]] для прозрачных оптических элементов. Иногда применяют весьма дорогие [[алмаз]]ные окна и линзы. В ранних CO<sub>2</sub>-лазерах использовались линзы и окна, изготовленные из [[монокристалл]]ов [[Хлориды|хлоридов]] [[Щелочные металлы|щелочных металлов]] ([[Хлорид натрия|NaCl]], [[Хлорид калия|KCl]]), также хорошо прозрачных для инфракрасного излучения. |
||
⚫ | [[Инверсия населённостей]] возбуждённых молекул CO<sub>2</sub> достигается с помощью [[Газовый разряд|газового разряда]], |
||
== Применение == |
|||
⚫ | Так как эти лазеры генерируют ИК-излучение, для изготовления их оптических элементов используются специальные материалы. Зеркала [[Резонатор Фабри — Перо|резонатора Фабри-Перо]] обычно имеют [[Серебро|серебряное]] напыление, а [[Линза|линзы]] и окна изготавливают из [[монокристалл]]ов [[Германий|германия]] или [[Селенид цинка|селенида цинка]] — материалов, хорошо прозрачных для инфракрасного излучения в рабочем диапазоне длин волн. В мощных лазерах предпочтительнее использование [[Позолота|позолоченных]] зеркал и [[Селенид цинка|селенида цинка]] для прозрачных оптических элементов. Иногда применяют весьма дорогие [[ |
||
Одно из основных применений углекислотного лазера связано с военными технологиями и использованием его в [[Лазерный дальномер|лазерных дальномерах]] прицелов. Очень большая длина волны в дальнем инфракрасном спектре не позволяет его обнаружить обычными датчиками лазерного облучения, не имеющими системы охлаждения и необходимых чувствительных элементов. Также в дальнем инфракрасном диапазоне на луч лазера меньше влияние тумана и дыма<ref>{{Статья|автор=R. C. Harney|заглавие=CO2 Lasers For Military Applications|ссылка=http://dx.doi.org/10.1117/12.951261|год=1989-01-01|том=1042|страницы=42—54|doi=10.1117/12.951261}}</ref>. |
|||
== Примечания == |
== Примечания == |
||
{{примечания}} |
{{примечания}} |
||
{{внешние ссылки}} |
|||
{{rq|sources|stub|topic=physics}} |
|||
[[Категория:Лазеры по активной среде]] |
[[Категория:Лазеры по активной среде]] |
Текущая версия от 22:48, 20 апреля 2024
Углекислотный ла́зер, лазер на углекислом газе (CO2-лазер) — один из первых типов газовых лазеров (изобретён в 1964 году[1]). На начало XXI века — один из самых мощных лазеров с непрерывным излучением до 80 кВт в непрерывном режиме и до сотен МВт в импульсном режиме с модуляцией добротности[2]. Имеет КПД, достигающим 15—20 %[2]. Углекислотные лазеры излучают в инфракрасном диапазоне, с длиной волны от 9,6 до 10,6 мкм.
Углекислотный лазер используется для гравировки резины и пластика, резки органического стекла и металлов, сварки металлов, в том числе металлов с очень высокой теплопроводностью, таких как алюминий и латунь.
Устройство лазера
[править | править код]Активной средой углекислотных лазеров является газообразная смесь CO2, азота (N2), гелия (He). Иногда в смесь также добавляется водород (H2) или ксенон (Xe). Примеси необходимы для снижения потенциала зажигания газа в лазере, обеспечения т. н. эффекта Пеннинга[3]. Соотношение концентраций газов в смеси зависит от его конкретной реализации, но концентрации CO2 и N2 в смеси обычно составляют 5—20 %.
Инверсия населённостей возбуждённых молекул CO2 достигается с помощью газового разряда, причём сначала возбуждаются колебания молекул азота, затем при столкновении возбуждённых молекул азота с молекулами CO2 часть их колебательной энергии передаётся молекулам CO2. Дальнейшее понижение инверсии газа в активной среде производится гелием, а стенки трубки, в которую заключена активная среда, принудительно охлаждается газом или водой (в мощных лазерах).
Так как эти лазеры генерируют ИК-излучение, для изготовления их оптических элементов используются специальные материалы. Зеркала резонатора Фабри-Перо обычно имеют серебряное напыление, а линзы и окна изготавливают из монокристаллов германия или селенида цинка — материалов, хорошо прозрачных для инфракрасного излучения в рабочем диапазоне длин волн. В мощных лазерах предпочтительнее использование позолоченных зеркал и селенида цинка для прозрачных оптических элементов. Иногда применяют весьма дорогие алмазные окна и линзы. В ранних CO2-лазерах использовались линзы и окна, изготовленные из монокристаллов хлоридов щелочных металлов (NaCl, KCl), также хорошо прозрачных для инфракрасного излучения.
Применение
[править | править код]Одно из основных применений углекислотного лазера связано с военными технологиями и использованием его в лазерных дальномерах прицелов. Очень большая длина волны в дальнем инфракрасном спектре не позволяет его обнаружить обычными датчиками лазерного облучения, не имеющими системы охлаждения и необходимых чувствительных элементов. Также в дальнем инфракрасном диапазоне на луч лазера меньше влияние тумана и дыма[4].
Примечания
[править | править код]- ↑ Patel, C. K. N.[англ.]. Continuous-Wave Laser Action on Vibrational-Rotational Transitions of CO2 (англ.) // Physical Review : journal. — 1964. — Vol. 136, no. 5A. — P. A1187—A1193. — doi:10.1103/PhysRev.136.A1187. — .
- ↑ 1 2 Kneubühl M. Sigrist: Laser. 7. Auflage. Vieweg+Teubner, Wiesbaden 2008, ISBN 978-3-8351-0145-6, S. 229 ff.
- ↑ Пеннинга эффект — Физическая энциклопедия . Дата обращения: 15 июня 2016. Архивировано 16 апреля 2016 года.
- ↑ R. C. Harney. CO2 Lasers For Military Applications. — 1989-01-01. — Т. 1042. — С. 42—54. — doi:10.1117/12.951261.