Kā darbojas CO2 lāzeri?

CO2 lāzers ir gāzes lāzera tips. Šajā ierīcē elektrība tiek vadīta caur gāzi piepildītu cauruli, radot gaismu. Caurules gali ir spoguļi; viens no tiem ir pilnībā atstarojošs, bet otrs - cauri. Gāzes maisījumu parasti veido oglekļa dioksīds, slāpeklis, ūdeņradis un hēlijs. Gaisma, ko rada CO2 lāzeri, ir neredzama, ietilpstot gaismas spektra tālu infrasarkanajā diapazonā.

Stimulējot ar elektrisko strāvu, gāzes maisījumā esošās slāpekļa molekulas kļūst satrauktas, tas nozīmē, ka tās iegūst enerģiju. Slāpeklis tiek izmantots, jo tas var turēt šo ierosināto stāvokli ilgu laiku, neizdalot enerģiju fotonu vai gaismas formā. Slāpekļa augstas enerģijas vibrācijas savukārt uzbudina oglekļa dioksīda molekulas. Šajā brīdī lāzers sasniedz stāvokli, ko sauc par populācijas inversiju - punktu, kurā sistēmā ir vairāk ierosinātu daļiņu nekā neuzbudinātu. Lai lāzers radītu gaismas staru, slāpekļa atomiem ir jāzaudē ierosinātais stāvoklis, atbrīvojot enerģiju fotonu formā. Tas notiek, kad satraukti slāpekļa atomi nonāk saskarē ar ļoti aukstajiem hēlija atomiem, kā rezultātā slāpeklis atbrīvo gaismu.

Saražotā gaisma ir ļoti spēcīga salīdzinājumā ar parasto gaismu, jo gāzu cauruli ieskauj spoguļi, kas atspoguļo lielāko daļu gaismas, kas pārvietojas caur cauruli. Šis gaismas atstarojums izraisa gaismas viļņu, ko rada slāpeklis, intensitāti. Gaisma palielinās, pārvietojoties pa cauruli uz priekšu un atpakaļ, iznākot tikai pēc tam, kad tā ir kļuvusi pietiekami spilgta, lai izietu caur daļēji atstarojošo spoguli.

CO2 lāzera gaisma ir pietiekami spēcīga, lai sagrieztu daudzus materiālus, ieskaitot audumu, koku un papīru; visspēcīgākie CO2 lāzeri tiek izmantoti tērauda un citu metālu apstrādei. Lai arī vislielākās jaudas CO2 lāzeri darbojas virs 1000 W, apstrādei izmantotie lāzeri parasti ir no 25 līdz 100 W; salīdzinājumam, lāzera rādītāji ir dažas vatas tūkstošdaļas. Tā kā tas atrodas infrasarkanajā starā, tā viļņa garums ir ļoti liels, ap 10,6 mikrometriem; tas ir daudz garāks par redzamo gaismu, kas darbojas no aptuveni 450 līdz 700 nanometriem. Tā kā nepārtraukti darbojas lāzeri, CO2 tips ir visspēcīgākais ražošanā.