Как работают CO2-лазеры?

CO2-лазер - это разновидность газового лазера. В этом устройстве электричество проходит через заполненную газом трубку, излучающую свет. Концы трубки - зеркала; одна из них полностью отражающая, а другая пропускает свет. Газовая смесь обычно состоит из диоксида углерода, азота, водорода и гелия. Свет, излучаемый лазерами CO2, невидим, он попадает в дальнюю инфракрасную область светового спектра.

Под воздействием электрического тока молекулы азота в газовой смеси возбуждаются, что означает, что они получают энергию. Азот используется потому, что он может удерживать это возбужденное состояние в течение длительных периодов времени, не выделяя энергию в виде фотонов или света. В свою очередь, высокоэнергетические колебания азота возбуждают молекулы углекислого газа. В этот момент лазер достигает состояния, называемого инверсией населенности, точки, в которой в системе больше возбужденных частиц, чем невозбужденных. Чтобы лазер создавал луч света, атомы азота должны потерять свое возбужденное состояние, высвобождая энергию в виде фотонов. Это происходит, когда возбужденные атомы азота контактируют с очень холодными атомами гелия, из-за чего азот испускает свет.

Производимый свет очень мощный по сравнению с обычным светом, потому что газовая трубка окружена зеркалами, которые отражают большую часть света, проходящего через трубку. Это отражение света вызывает увеличение интенсивности световых волн, производимых азотом. Свет увеличивается по мере того, как он движется вперед и назад через трубку, выходя только после того, как становится достаточно ярким, чтобы проходить через частично отражающее зеркало.

Свет CO2-лазера достаточно мощный, чтобы разрезать многие материалы, включая ткань, дерево и бумагу; самые мощные СО2-лазеры используются для обработки стали и других металлов. Хотя самые мощные СО2-лазеры имеют мощность более 1000 Вт, используемые для механической обработки обычно составляют от 25 до 100 Вт; для сравнения, лазерные указки имеют мощность в несколько тысячных ватта. Поскольку он находится в инфракрасном диапазоне, он имеет очень большую длину волны, около 10,6 микрометра; он намного длиннее, чем видимый свет, длина которого составляет от 450 до 700 нанометров. Что касается лазеров непрерывного действия, тип CO2 является самым мощным в производстве.