Газовые лазеры: высокоэффективные и мощные лазерные установки для различных сфер применения

Лазерное оборудование широко используется в различных сферах деятельности человека, в том числе в промышленности, медицине, науке и образовании. Особую нишу занимают газовые лазеры – устройства, особенностью которых является использование газообразного вещества в качестве активной среды. Впервые они были созданы человеком около 60-ти лет назад. С тех пор такие приборы квантовой электроники прошли сложный путь эволюции и совершенствования, что позволило повысить их коэффициент полезного действия и безопасность в применении.

Если говорить о разновидностях лазерных установок, в которых в качестве активной среды применяется вещество, находящееся в газообразном состоянии, то в первую очередь к ним следует отнести химические газовые лазеры. В них основным источником получения энергии являются особые химические реакции, которые возникают между составными компонентами такой среды. Подобные устройства обладают достаточно высокой мощностью, благодаря чему получили широкое распространение в сфере промышленности, где используются для резки металлов и перфорации особо прочных материалов.

Конечно, когда речь заходит о газовых лазерах, нельзя ни отметить и широко востребованные эксимерные модели. Такие приборы создают узконаправленный поток излучения в ультрафиолетовом спектре. Само их название происходит от слова «эксимер», обозначающего возбужденный димер – основной элемент рабочего тела такого лазера. Устройство эксимерного типа широко используется в сфере медицины, в первую очередь в хирургии и офтальмологии.

В чем заключается принцип работы газового лазера?

В качестве активной среды в таких лазерных установках выступает технический газ (вещество, которое находится в газообразном состоянии при естественных для него условиях) или же испарения химических элементов, к примеру, металлов. Кроме того, в некоторых случаях могут применяться и специальные смеси газообразных веществ. Особенностью газа, являющегося активной средой в таких лазерах, является то, что он обладает достаточно высокой оптической однородностью. Благодаря этому само качество излучения у лазерных приборов газового типа считается более высоким по сравнению с аналогичными типами таких устройств.

Принцип работы газового лазера заключается в том, что активная газообразная среда накачивается с применением возникающих в ней электрических разрядов. В итоге возникающая в процессе такого явления электроны сталкиваются с атомами технического газа или пара химического вещества, что приводит их в возбуждение и становится причиной излучения фотонов. Создаваемые же электромагнитное излучение усиливается, проходя сквозь плазму газа. Само же направление движения световых волн регулируется за счет использования оптических резонаторов.

Какие газовые лазеры являются наиболее популярными?

Особое распространение в наше время получил так называемый CO₂ лазер. В таком устройстве в качестве активной среды применяется особая смесь нескольких технических газов, а именно:

• диоксида углерода;
• гелия;
• азота N_2.

Длина волны электромагнитного излучения у такого прибора составляет около 10 микрометров. Внутреннее устройство газового лазера данного типа отличается простотой и надежностью. Его основным функциональным элементом является герметичная трубка, выполненная из стекла, а также оборудованная оптическими резонаторами. Она заполняется смесью газов низкого давления. При помощи высоковольтного импульса постоянного тока происходит ионизация молекул газа, что приводит к созданию узконаправленного электромагнитного излучения высокой мощности.

Современные лазерные установки, основанные на использовании углекислого газа (и его смесей с другими газообразными веществами), обладают наибольшей универсальностью. Благодаря очень малому показателю расходимости луча их можно устанавливать на достаточно большом расстоянии от обрабатываемой поверхности или предмета, в то время как само качество воздействия луча не снижается. Благодаря этой особенности газовые CO₂ лазеры часто используются для резки металлических изделий, а также создания сложных и высокоточных разрезов, гравировки и многого другого.

Уровень мощности данной лазерной установки (при необходимости резки металлов) должен достигать 500 ватт и более. А если же речь заходит об обработке поверхности изделий, выполненных из цветного металла или высокопрочного металлического сплава, то в этом случае мощность прибора должна быть не менее 1000 ватт. При выборе подходящей установки лазер способен прорезать стальной сплав или титан. Кроме того, создаваемый в процессе работы устройства луч отлично подходит и для работы с материалами, обладающими сложной структурой, например, гранитом или даже обычным ДСП.

Что представляют собой эксимерные смеси?

Это особые смеси технических газов, предназначенные для применения в установках эксимерных лазеров. К таким газовым продуктам относятся аргон, криптон, гелий, ксенон, водород и многие другие. В основном для получения эксимерной смеси используется определенное процентное соотношение инертного газового вещества и галогенов. При необходимости прочесть более подробно о применении и особенностях эксимерных газовых смесей вы можете здесь.

В чем заключаются преимущества газовых лазеров?

Среди основных достоинств таких лазерных установок следует выделить:

• высокую мощность и эффективность газовых лазеров (эта особенность позволяет использовать их в тяжелой промышленности и при выполнении сложных задач, например, в сфере лазерной резки металлов);
• невысокую стоимость оборудования и низкие затраты на его обслуживание;
• простоту и легкость в применении.

Конечно, огромную роль в работе газовых лазеров играют и сами технические газы, выступающие в качестве рабочей среды. Для достижения максимальной эффективности и получения высокого КПД специалисты рекомендуют использовать газы особой чистоты. При необходимости приобрести такие газовые продукты вы можете, обратившись к специалистам компании «ПРОМТЕХГАЗ». Ознакомиться с каталогом продукции предприятия вы можете по ссылке https://idealgaz.ru/.

Кроме того, рекомендуем вам прочесть об технологии глубокой очистки газов в нашей статье на тему «Почему особо чистые газы стоят дороже».