Cum funcționează laserele CO2?

Un laser CO2 este un tip de laser cu gaz. În acest dispozitiv, electricitatea este condusă printr-un tub umplut cu gaz, producând lumină. Capetele tubului sunt oglinzi; dintre care unul este pe deplin reflectorizant și celălalt care lasă să treacă puțină lumină. Amestecul de gaze este în general format din dioxid de carbon, azot, hidrogen și heliu. Lumina produsă de laserele CO2 este invizibilă, situându-se în domeniul infraroșu îndepărtat al spectrului de lumină.

Atunci când sunt stimulate de un curent electric, moleculele de azot din amestecul de gaze devin excitate, ceea ce înseamnă că câștigă energie. Azotul este utilizat deoarece poate deține această stare excitată pentru perioade lungi de timp fără a descărca energia sub formă de fotoni sau lumină. Vibrațiile cu energie ridicată ale azotului, la rândul lor, excită moleculele de dioxid de carbon. În acest moment, laserul atinge o stare numită inversiune a populației, punctul în care un sistem are mai multe particule excitate decât cele neexcitate. Pentru ca laserul să producă un fascicul de lumină, atomii de azot trebuie să-și piardă starea de excitare prin eliberarea de energie sub formă de fotoni. Acest lucru se întâmplă atunci când atomii de azot excitați intră în contact cu atomii de heliu foarte reci, ceea ce face ca azotul să elibereze lumină.

Lumina produsă este foarte puternică în comparație cu lumina normală, deoarece tubul de gaze este înconjurat de oglinzi, care reflectă cea mai mare parte a luminii care circulă prin tub. Această reflectare a luminii determină creșterea intensității undelor de lumină produse de azot. Lumina crește pe măsură ce se deplasează înainte și înapoi prin tub, ieșind doar după ce a devenit suficient de strălucitoare pentru a trece prin oglinda parțial reflectorizantă.

Lumina unui laser CO2 este suficient de puternică pentru a tăia multe materiale, inclusiv pânză, lemn și hârtie; cele mai puternice lasere CO2 sunt utilizate pentru prelucrarea oțelului și a altor metale. Deși laserele cu CO2 cu cea mai mare putere rulează peste 1.000 W, cele utilizate pentru prelucrare sunt în general între 25 și 100 W; prin comparație, indicatoarele laser sunt la câteva miimi de watt. Deoarece se află în infraroșu, are o lungime de undă foarte mare, în jur de 10,6 micrometri; este mult mai lung decât lumina vizibilă, care rulează între aproximativ 450 și 700 nanometri. Pe măsură ce laserele continue merg, tipul CO2 este cel mai puternic din producție.