Kako delujejo CO2 laserji?

CO2 laser je vrsta plinskega laserja. V tej napravi gre elektrika skozi cev, napolnjeno s plinom, in proizvaja svetlobo. Konci cevi so ogledala; od katerih je ena popolnoma odsevna in druga, ki prepušča nekaj svetlobe. Mešanica plinov je na splošno sestavljena iz ogljikovega dioksida, dušika, vodika in helija. Svetloba, ki jo proizvajajo CO2 laserji, je nevidna in spada v daljni infrardeči obseg svetlobnega spektra.

Ko se molekule dušika v mešanici plinov spodbudijo z električnim tokom, se vzbudijo, kar pomeni, da pridobijo energijo. Dušik se uporablja, ker lahko to vzbujeno stanje zadrži dlje časa, ne da bi pri tem izpustil energijo v obliki fotonov ali svetlobe. Visokoenergijske vibracije dušika pa vznemirjajo molekule ogljikovega dioksida. Na tej točki laser doseže stanje, imenovano inverzija prebivalstva, točko, v kateri ima sistem več vzbujenih delcev kot nevzbujenih. Da laser lahko proizvaja svetlobni žarek, morajo atomi dušika izgubiti vzbujeno stanje s sproščanjem energije v obliki fotonov. To se zgodi, ko vzbujeni atomi dušika pridejo v stik z zelo hladnimi atomi helija, zaradi česar dušik sprošča svetlobo.

Proizvedena svetloba je v primerjavi z običajno svetlobo zelo močna, ker je cev s plini obdana z ogledali, ki odražajo večji del svetlobe, ki potuje skozi cev. Ta odsev svetlobe povzroči, da se svetlobni valovi, ki jih proizvaja dušik, povečajo. Svetloba se povečuje, ko potuje naprej in nazaj skozi cev, prihaja pa šele, ko postane dovolj svetla, da gre skozi delno odsevno ogledalo.

Svetloba iz CO2 laserja je dovolj močna za rezanje številnih materialov, vključno s krpo, lesom in papirjem; najmočnejši CO2 laserji se uporabljajo za obdelavo jekla in drugih kovin. Čeprav CO2-laserji z največjo močjo delujejo nad 1000 W, so tisti, ki se uporabljajo za obdelavo, običajno med 25 in 100 W; za primerjavo, laserski kazalci so nekaj tisočakov vata. Ker je v infrardeči svetlobi, ima zelo dolgo valovno dolžino, približno 10,6 mikrometrov; je veliko daljša od vidne svetlobe, ki teče med približno 450 in 700 nanometri. Kot kontinuirni laserji je tip CO2 najmočnejši v proizvodnji.