เลเซอร์ CO2 ทำงานอย่างไร

เลเซอร์ CO2 เป็นเลเซอร์ก๊าซชนิดหนึ่ง ในอุปกรณ์นี้ กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านท่อที่เติมก๊าซซึ่งทำให้เกิดแสง ปลายท่อเป็นกระจก แบบหนึ่งสะท้อนแสงได้เต็มที่ และอีกแบบให้แสงลอดผ่านได้ ส่วนผสมของแก๊สโดยทั่วไปประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน ไฮโดรเจน และฮีเลียม แสงที่เกิดจากเลเซอร์ CO2 จะมองไม่เห็น โดยตกอยู่ในช่วงอินฟราเรดไกลของสเปกตรัมแสง

เมื่อถูกกระตุ้นโดยกระแสไฟฟ้า โมเลกุลไนโตรเจนในส่วนผสมของแก๊สจะตื่นเต้น ซึ่งหมายความว่าจะได้รับพลังงาน ไนโตรเจนถูกใช้เพราะสามารถคงสถานะตื่นเต้นนี้ไว้ได้เป็นเวลานานโดยไม่ปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอนหรือแสง การสั่นสะเทือนที่มีพลังงานสูงของไนโตรเจนจะกระตุ้นโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ ณ จุดนี้ เลเซอร์บรรลุสถานะที่เรียกว่าการผกผันของประชากร ซึ่งเป็นจุดที่ระบบมีอนุภาคที่ตื่นเต้นมากกว่าอนุภาคที่ไม่กระตุ้น เพื่อให้เลเซอร์ผลิตลำแสง อะตอมของไนโตรเจนจะต้องสูญเสียสถานะตื่นเต้นด้วยการปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่ออะตอมของไนโตรเจนที่ถูกกระตุ้นสัมผัสกับอะตอมฮีเลียมที่เย็นมาก ซึ่งทำให้ไนโตรเจนปล่อยแสง

แสงที่ผลิตออกมานั้นทรงพลังมากเมื่อเทียบกับแสงปกติ เนื่องจากท่อก๊าซล้อมรอบด้วยกระจก ซึ่งสะท้อนแสงส่วนใหญ่ที่เดินทางผ่านท่อ การสะท้อนของแสงทำให้คลื่นแสงที่เกิดจากไนโตรเจนสร้างความเข้มขึ้น แสงจะเพิ่มขึ้นเมื่อเคลื่อนที่ไปมาผ่านท่อ และจะออกมาหลังจากสว่างพอที่จะส่องผ่านกระจกสะท้อนแสงบางส่วนเท่านั้น

แสงจากเลเซอร์ CO2 นั้นทรงพลังพอที่จะตัดวัสดุได้หลายชนิด รวมถึงผ้า ไม้ และกระดาษ เลเซอร์ CO2 ที่ทรงพลังที่สุดใช้สำหรับการตัดเฉือนเหล็กกล้าและโลหะอื่นๆ แม้ว่าเลเซอร์ CO2 กำลังสูงสุดจะทำงานมากกว่า 1,000 W แต่โดยทั่วไปแล้วเลเซอร์ที่ใช้สำหรับการตัดเฉือนจะอยู่ระหว่าง 25 ถึง 100 W; โดยการเปรียบเทียบ เลเซอร์พอยน์เตอร์มีค่าไม่กี่พันวัตต์ เนื่องจากอยู่ในอินฟราเรด จึงมีความยาวคลื่นที่ยาวมาก ประมาณ 10.6 ไมโครเมตร; มันยาวกว่าแสงที่มองเห็นได้มาก ซึ่งอยู่ระหว่าง 450 ถึง 700 นาโนเมตร ในขณะที่เลเซอร์ทำงานอย่างต่อเนื่อง ชนิด CO2 นั้นมีประสิทธิภาพสูงสุดในการผลิต