Iga laserseadme peamine töökomponent on nn aktiivne meedium. See mitte ainult ei toimi suunatud voolu allikana, vaid mõnel juhul võib seda oluliselt suurendada. Just see omadus on gaasisegudel, mis toimivad laserseadmetes toimeainena. Samal ajal on selliseid seadmeid erinevaid mudeleid, mis erinevad nii disaini kui ka töökeskkonna omaduste poolest. Ühel või teisel viisil on gaasilaseril palju eeliseid, mis on võimaldanud sellel paljude tööstusettevõtete arsenalis tugeva koha hõivata.
Gaasikeskkonna toimimise omadused
Traditsiooniliselt seostatakse lasereid tahke ja vedela keskkonnaga, mis aitavad kaasa vajaliku jõudlusega valguskiire moodustumisele. Sel juhul on gaasi eeliseks ühtlus ja madal tihedus. Need omadusedlase laserkiirel mitte moonduda, mitte kaotada energiat ega hajuda. Samuti iseloomustab gaaslaserit kiirguse suurenenud suunavus, mille piiri määrab ainult valguse difraktsioon. Võrreldes tahkete ainetega toimub gaasiosakeste vastastikmõju eranditult termilise nihke tingimustes toimuvate kokkupõrgete ajal. Selle tulemusena vastab täiteaine energiaspekter iga osakese energiatasemele eraldi.
Gaasilaserseade
Selliste seadmete klassikalise seadme moodustavad gaasilise funktsionaalse keskkonnaga suletud toru, samuti optiline resonaator. Väljalasketoru on tavaliselt valmistatud korundkeraamikast. See asetatakse peegelduva prisma ja berülliumsilindri peegli vahele. Tühjenemine toimub kahes osas ühise katoodiga alalisvoolul. Tantaaloksiidi külmkatoodid jagatakse kõige sagedamini kaheks osaks dielektrilise vahetüki abil, mis tagab voolude ühtlase jaotuse. Samuti näeb gaasilaserseade ette anoodide olemasolu - nende funktsiooni täidab roostevaba teras, mis on esitatud vaakumlõõtsa kujul. Need elemendid pakuvad paindlikku ühendust torude, prisma ja peeglihoidikute vahel.
Tööpõhimõte
Aktiivse keha täitmiseks gaasis energiaga kasutatakse elektrilahendusi, mis tekivad seadme toru õõnsuses olevate elektroodide abil. Elektronide kokkupõrke ajal gaasiosakesteganad on erutatud. See loob aluse footonite emissioonile. Valguslainete stimuleeritud emissioon torus suureneb, kui need läbivad gaasiplasma. Silindri otstes olevad paljastatud peeglid moodustavad aluse valgusvoo eelistatud suunale. Läbipaistev peegel, mis on varustatud gaasilaseriga, valib suunatavast kiirest osa footoneid ja ülejäänud peegelduvad toru sees, säilitades kiirgusfunktsiooni.
Funktsioonid
Tühjendustoru siseläbimõõt on tavaliselt 1,5 mm. Tantaaloksiidkatoodi läbimõõt võib ulatuda 48 mm-ni elemendi pikkusega 51 mm. Sel juhul töötab konstruktsioon alalisvoolu toimel pingega 1000 V. Heelium-neoonlaserite puhul on kiirgusvõimsus väike ja reeglina arvutatakse seda kümnendikkudes W.
Süsinikdioksiidi mudelites kasutatakse torusid läbimõõduga 2–10 cm. Tähelepanuväärne on, et pidevas režiimis töötav gaaslaser on väga suure võimsusega. Töötõhususe seisukoh alt on see tegur mõnikord pluss, kuid selliste seadmete stabiilse toimimise säilitamiseks on vaja vastupidavaid ja töökindlaid täiustatud optiliste omadustega peegleid. Reeglina kasutavad tehnoloogid kullatöötlusega metalli- ja safiirelemente.
Laserite valik
Peamine klassifikatsioon hõlmab selliste laserite jagamist gaasisegu tüübi järgi. Oleme juba maininud süsinikdioksiidi aktiivsel korpusel põhinevate mudelite omadusi, aga kaioonsed, heelium-neoon- ja keemilised keskkonnad on tavalised. Seadme konstruktsiooni valmistamiseks nõuavad ioongaaslaserid kõrge soojusjuhtivusega materjalide kasutamist. Eelkõige kasutatakse keraamilisi-metallelemente ja berülliumkeraamikal põhinevaid osi. Heelium-neoonkandjad võivad infrapunakiirguses ja nähtava valguse spektris töötada erinevatel lainepikkustel. Selliste seadmete resonaatorpeeglid eristuvad mitmekihiliste dielektriliste katete poolest.
Keemilised laserid esindavad eraldi gaasitorude kategooriat. Need hõlmavad ka gaasisegude kasutamist töökeskkonnana, kuid valguskiirguse moodustumise protsessi tagab keemiline reaktsioon. See tähendab, et gaasi kasutatakse keemiliseks ergastamiseks. Seda tüüpi seadmed on kasulikud selle poolest, et nad suudavad keemilise energia otse elektromagnetkiirguseks muuta.
Gaasilaserite kasutamine
Praktiliselt kõik seda tüüpi laserid on väga töökindlad, vastupidavad ja soodsad. Need tegurid on viinud nende laialdase kasutamiseni erinevates tööstusharudes. Näiteks heelium-neoon seadmed on leidnud rakendust nivelleerimis- ja reguleerimisoperatsioonidel, mida tehakse kaevandustöödel, laevaehituses, aga ka erinevate konstruktsioonide ehitamisel. Lisaks sobivad heelium-neoonlaserite omadused kasutamiseks optilise side korraldamisel, holograafiliste materjalide ja kvantgüroskoopide väljatöötamisel. Ei olnud erand praktilise kasu osas jaargoongaaslaser, mille rakendamine näitab efektiivsust materjalitöötluse vallas. Eelkõige toimivad sellised seadmed kõvade kivimite ja metallide lõikajana.
Gaasilaseri ülevaated
Kui vaatleme lasereid soodsate tööomaduste seisukohast, märgivad paljud kasutajad valguskiire suurt suunatavust ja üldist kvaliteeti. Selliseid omadusi saab seletada optiliste moonutuste väikese osakaaluga, olenemata ümbritseva õhu temperatuuri tingimustest. Mis puudutab miinuseid, siis gaasilise keskkonna potentsiaali vabastamiseks on vaja suurt pinget. Lisaks vajavad heelium-neoongaaslaseri ja süsihappegaasi segudel põhinevate seadmete ühendamiseks arvestatavat elektrienergiat. Kuid nagu praktika näitab, õigustab tulemus ennast. Kasutatakse nii väikese võimsusega kui ka suure võimsusega seadmeid.
Järeldus
Gaaslahendussegude võimalusi nende kasutamisel lasersüsteemides ei valdata veel piisav alt. Sellest hoolimata on nõudlus selliste seadmete järele juba pikka aega eduk alt kasvanud, moodustades turul vastava niši. Gaaslaser on saanud tööstuses suurima leviku. Seda kasutatakse tahkete materjalide terava ja täpse lõikamise tööriistana. Kuid on ka selliste seadmete levikut takistavaid tegureid. Esiteks on see elemendi aluse kiire kulumine, mis vähendab seadmete vastupidavust. Teiseks on elektrilahenduse tagamisel kõrged nõuded,vaja tala moodustamiseks.
