Komposition
Ein CO2-Laser ist eine Art Gaslaser. In diesem Gerät wird Strom durch eine gasgefüllte Röhre geleitet und erzeugt Licht. Die Enden der Röhre sind Spiegel; einer davon ist vollständig reflektierend und der andere lässt etwas Licht durch. Das Gasgemisch besteht im Allgemeinen aus Kohlendioxid, Stickstoff, Wasserstoff und Helium. Das von CO2-Lasern erzeugte Licht ist unsichtbar und fällt in den fernen Infrarotbereich des Lichtspektrums.
Herstellung des Laserstrahls
Durch elektrischen Strom angeregt, werden Stickstoffmoleküle im Gasgemisch angeregt, d. h. sie gewinnen Energie. Stickstoff wird verwendet, weil er diesen angeregten Zustand über lange Zeiträume halten kann, ohne die Energie in Form von Photonen oder Licht abzugeben. Die hochenergetischen Schwingungen des Stickstoffs regen wiederum die Kohlendioxidmoleküle an. An diesem Punkt erreicht der Laser einen Zustand, der als Besetzungsinversion bezeichnet wird, der Punkt, an dem ein System mehr angeregte Teilchen hat als nicht angeregte. Damit der Laser einen Lichtstrahl erzeugen kann, müssen die Stickstoffatome ihren angeregten Zustand verlieren, indem sie Energie in Form von Photonen freisetzen. Dies geschieht, wenn die angeregten Stickstoffatome die sehr kalten Heliumatome berühren, wodurch der Stickstoff Licht freisetzt.
Entladung von Laserlicht
Das erzeugte Licht ist im Vergleich zu normalem Licht sehr stark, da die Gasröhre von Spiegeln umgeben ist, die den größten Teil des durch die Röhre wandernden Lichts reflektieren. Diese Lichtreflexion bewirkt, dass die vom Stickstoff erzeugten Lichtwellen an Intensität zunehmen. Das Licht nimmt beim Hin- und Herlaufen durch die Röhre zu und tritt erst aus, wenn es hell genug ist, um den teilreflektierenden Spiegel zu passieren.
Strahlleistung und Wellenlänge
Das Licht eines CO2-Lasers ist stark genug, um viele Materialien wie Stoff, Holz und Papier zu schneiden. die leistungsstärksten CO2-Laser werden für die Bearbeitung von Stahl und anderen Metallen eingesetzt. Obwohl die leistungsstärksten CO2-Laser über 1.000 W leisten, liegen die für die Bearbeitung verwendeten in der Regel zwischen 25 und 100 W; Laserpointer sind dagegen nur wenige Tausendstel Watt. Da es im Infraroten liegt, hat es eine sehr lange Wellenlänge, etwa 10,6 Mikrometer; es ist viel länger als sichtbares Licht, das zwischen etwa 450 und 700 Nanometern liegt. Bei kontinuierlichen Lasern ist der CO2-Typ der leistungsstärkste in der Produktion.