Hvordan fungerer CO2-lasere?

En CO2-laser er en type gaslaser. I denne enhed køres elektricitet gennem et gasfyldt rør, der producerer lys. Enderne af røret er spejle; hvoraf den ene er fuldt reflekterende og den anden som slipper noget lys igennem. Gasblandingen består generelt af carbondioxid, nitrogen, hydrogen og helium. Lys produceret af CO2-lasere er usynligt og falder inden for det fjerne infrarøde område af lysspektret.

Når de stimuleres af en elektrisk strøm, bliver nitrogenmolekyler i gasblandingen begejstrede, hvilket betyder at de får energi. Kvælstof bruges, fordi det kan holde denne ophidsede tilstand i lange perioder uden at aflade energien i form af fotoner eller lys. Nitrogenens højenergivibrationer exciterer igen kuldioxidmolekylerne. På dette tidspunkt opnår laseren en tilstand kaldet populationsinversion, det punkt, hvor et system har mere ophidsede partikler end ikke-exciterede. For at laseren kan producere en lysstråle, må nitrogenatomer miste deres ophidsede tilstand ved at frigive energi i form af fotoner. Dette sker, når de ophidsede nitrogenatomer kommer i kontakt med de meget kolde heliumatomer, hvilket får kvælstof til at frigive lys.

Det producerede lys er meget stærkt sammenlignet med normalt lys, fordi gasserøret er omgivet af spejle, der reflekterer størstedelen af ​​det lys, der bevæger sig gennem røret. Denne refleksion af lys får lysbølgerne til at producere af kvælstoffet til at bygge op i intensitet. Lyset stiger, når det bevæger sig frem og tilbage gennem røret, kun når det bliver lyst nok til at passere gennem det delvist reflekterende spejl.

Lys fra en CO2-laser er kraftigt nok til at skære mange materialer, herunder klud, træ og papir; de mest kraftfulde CO2-lasere bruges til bearbejdning af stål og andre metaller. Selvom de højest drevne CO2-lasere kører over 1.000 W, ligger de, der anvendes til bearbejdning, generelt mellem 25 og 100 W; til sammenligning er laserpegere et par tusindedels watt. Fordi det er i det infrarøde, har det en meget lang bølgelængde, omkring 10,6 mikrometer; det er meget længere end synligt lys, der løber mellem ca. 450 og 700 nanometer. Efterhånden som kontinuerlige lasere går, er CO2-typen den mest kraftfulde i produktionen.