Углекислотный лазер

Поверхность исследуемой мишени мгновенно испаряется и вспыхивает при облучении мощным длительным импульсом углекислотного лазера (излучает десятки киловатт инфракрасного излучения). Оператор стоит за листами плексигласа, непрозрачного в инфракрасном свете.

Углекислотный ла́зер, лазер на углекислом газе (CO₂-лазер) — один из первых типов газовых лазеров (изобретен в 1964 году). Один из самых мощных лазеров с непрерывным излучением на начало XXI века. Их КПД может достигать 20 %.

Используются 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.

Углекислотные лазеры излучают в инфракрасном диапазоне, с длиной волны от 9,4 до 10,6 мкм.

Устройство лазера

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. Соотношение концентраций газов в смеси зависит от его конкретной реализации, но концентрации CO₂ и N₂ в смеси типично составляют 5—20 %.

Инверсия населённостей возбуждённых молекул CO₂ достигается с помощью газового разряда, причем сначала возбуждаются колебания молекул азота, затем, при столкновении возбуждённых молекул азота с молекулами CO₂ часть их колебательной энергии передается 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.