כיצד עובדים לייזרים CO2?

לייזר CO2 הוא סוג של לייזר גז. במכשיר זה החשמל מופעל דרך צינור מלא גז, ומפיק אור. קצות הצינור הם מראות; אחד מהם משקף לחלוטין והשני מאפשר קצת אור לעבור. תערובת הגז מורכבת בדרך כלל מפחמן דו חמצני, חנקן, מימן והליום. אור המופק על ידי לייזרים CO2 אינו נראה, ונופל בתחום האינפרא אדום הרחוק של ספקטרום האור.

כאשר מגורה בזרם חשמלי, מולקולות חנקן בתערובת הגז מתרגשות, כלומר הן צוברות אנרגיה. משתמשים בחנקן מכיוון שהוא יכול להחזיק את המצב הנרגש הזה לפרקי זמן ארוכים מבלי להזרים את האנרגיה בצורת פוטונים, או אור. התנודות בעלות האנרגיה הגבוהה של החנקן מלהיבות את מולקולות הפחמן הדו-חמצני. בשלב זה, הלייזר משיג מצב הנקרא היפוך אוכלוסין, הנקודה בה למערכת יש יותר חלקיקים נרגשים מאשר אלה שאינם נרגשים. כדי שהלייזר יפיק קרן אור, אטומי החנקן חייבים לאבד את מצבן הנרגש על ידי שחרור אנרגיה בצורת פוטונים. זה קורה כאשר אטומי החנקן הנרגשים יוצרים קשר עם אטומי ההליום הקרים מאוד, מה שגורם לחנקן לשחרר אור.

האור המיוצר חזק מאוד בהשוואה לאור רגיל מכיוון שצינור הגזים מוקף במראות, המשקפות את רוב חלקו של האור העובר דרך הצינור. השתקפות אור זו גורמת לגלי האור המופקים על ידי החנקן לבנות בעוצמתם. האור גובר ככל שהוא נע קדימה ואחורה דרך הצינור, רק יוצא לאחר שהוא נעשה בהיר מספיק כדי לעבור דרך המראה המשקפת חלקית.

האור של לייזר CO2 חזק מספיק כדי לחתוך חומרים רבים, כולל בד, עץ ונייר; לייזי ה- CO2 החזקים ביותר משמשים לעיבוד פלדה ומתכות אחרות. למרות שלייזר ה- CO2 בעל ההספק הגבוה ביותר פועל מעל 1,000 וואט, אלה המשמשים לעיבוד שבבי הם בדרך כלל בין 25 ל 100 ואט; לשם השוואה, מצביעי לייזר הם כמה אלפיות וואט. מכיוון שהוא נמצא באינפרא אדום, יש לו אורך גל ארוך מאוד, סביב 10.6 מיקרומטר; הוא ארוך בהרבה מאור נראה לעין, שנע בין 450-700 ננומטר. ככל שעוברים לייזרים רציפים, סוג ה- CO2 הוא החזק ביותר בייצור.