როგორ მუშაობს CO2 ლაზერები?

CO2 ლაზერი არის გაზის ლაზერის ტიპი. ამ მოწყობილობაში ელექტროენერგია გაზის სავსე მილში გადის და წარმოქმნის სინათლეს. მილის ბოლოები სარკეებია; რომელთაგან ერთი სრულად ამრეკლავია, ხოლო მეორე კი გარკვეულ შუქს გადის. გაზის ნარევი ზოგადად შედგება ნახშირორჟანგის, აზოტის, წყალბადის და ჰელიუმისგან. CO2 ლაზერების მიერ წარმოებული სინათლე უხილავია, სინათლის სპექტრის შორეულ ინფრაწითელ დიაპაზონში მოდის.

ელექტრული დენის სტიმულირებისას, აზოტის მოლეკულები აირის ნარევში აღგზნება ხდება, რაც ნიშნავს, რომ ისინი ენერგიას იძენენ. აზოტი გამოიყენება იმიტომ, რომ მას შეუძლია ამ მღელვარე მდგომარეობის შენარჩუნება ხანგრძლივი დროის განმავლობაში, ენერგიის ფოტონის ან სინათლის სახით განმუხტვის გარეშე. აზოტის მაღალენერგეტიკული ვიბრაციები თავის მხრივ იწვევს ნახშირორჟანგის მოლეკულების აღგზნებას. ამ ეტაპზე ლაზერი აღწევს მდგომარეობას, რომელსაც მოსახლეობის ინვერსია ეწოდება, წერტილს, როდესაც სისტემაში უფრო მეტი აღგზნებული ნაწილაკია, ვიდრე არააღგზნებული. იმისთვის, რომ ლაზერმა სინათლის სხივი წარმოქმნას, აზოტის ატომებმა უნდა დაკარგონ აღგზნებული მდგომარეობა ფოტონის სახით ენერგიის გამოყოფით. ეს ხდება მაშინ, როდესაც აღგზნებული აზოტის ატომები ძალიან ცივი ჰელიუმის ატომებს დაუკავშირდებიან, რაც აზოტის სინათლის გამოყოფას იწვევს.

წარმოებული სინათლე ძალზე ძლიერია ნორმალურ სინათლესთან შედარებით, რადგან აირების მილი გარშემორტყმულია სარკეებით, რომლებიც ასახავენ მილის გავლით სინათლის უმეტეს ნაწილს. სინათლის ეს ანარეკლი იწვევს აზოტის მიერ წარმოქმნილ სინათლის ტალღების ინტენსივობას. სინათლე იზრდება მილის გავლით წინ და უკან მოძრაობისას, მხოლოდ მას შემდეგ გამოდის, რაც საკმარისად კაშკაშა გახდება ნაწილობრივ ამრეკლავი სარკის გავლით.

CO2 ლაზერის სინათლე საკმარისად ძლიერია მრავალი მასალის, მათ შორის ქსოვილის, ხის და ქაღალდის მოსაჭრელად; ყველაზე ძლიერი CO2 ლაზერები გამოიყენება ფოლადის და სხვა ლითონების დასამუშავებლად. მიუხედავად იმისა, რომ ყველაზე მაღალ ენერგიაზე მომუშავე CO2 ლაზერები 1000 ვტ – ზე მეტია, დამუშავებისთვის გამოყენებული ზოგადად 25 – დან 100 ვტ – მდეა; შედარებისთვის, ლაზერული მაჩვენებლები ვატის რამდენიმე მეათასედია. იმის გამო, რომ ის ინფრაწითელშია, მას აქვს ძალიან გრძელი ტალღის სიგრძე, დაახლოებით 10,6 მიკრომეტრი; ეს ბევრად აღემატება ხილულ სინათლეს, რომელიც 450-დან 700 ნანომეტრამდე მოძრაობს. უწყვეტი ლაზერების მიდის, CO2 ტიპი წარმოებაში ყველაზე ძლიერია.