Capire i laser a CO2!

Vi siete mai chiesti come i laser abbiano rivoluzionato tutto, dalla chirurgia al taglio dei metalli? Questo articolo si immerge nell’affascinante mondo dei laser ad anidride carbonica, spiegandone i principi e la struttura. Leggendo, scoprirete come funzionano questi potenti strumenti. Preparatevi ad esplorare le meraviglie della tecnologia laser a CO2!

Dispositivi Laser

Ci sono molti tipi di laser. Qui sotto, li classificheremo e li introdurremo in base al materiale di lavoro del laser, al metodo di eccitazione e al modo di funzionamento.

(1) per materiale di lavoro

Laser ad impulsi solidi (a cristalli e vetro);

Laser a Gas naturale, ulteriormente suddivisi in laser a Gas atomici, laser a Gas ionico, laser a Gas molecolare e laser a Gas quasi molecolari;

Laser a cristalli liquidi, i cui materiali di lavoro comprendono principalmente due tipi di soluzioni coloranti fluorescenti organiche e soluzioni composte inorganiche contenenti ioni di metalli delle terre rare;

Laser a semiconduttore ad impulsi;

Laser a elettroni liberi.

(2) mediante il metodo di eccitazione

Laser a pompaggio ottico;

Laser eccitati elettricamente;

Laser chimici sintetici;

Laser a pompaggio nucleare.

(3) per modo di funzionamento

Laser ad impulsi continui;

Laser ad impulsi singoli;

Laser ad impulsi ripetitivi;

Laser modulati ad impulsi;

Laser a chiusura automatica;

Laser monomodo laser e a frequenza stabile;

Laser accordabili.

Il principio dei laser a CO2

 · Struttura di base di un Laser a CO2

Figura 1: struttura di base di un Laser a CO2

Tubo Laser sottile

Questa è la parte più critica del laser. Esso è generalmente composto da tre parti (come mostrato nella figura 1): lo spazio di scarico (tubo di scarico), la giacca di raffreddamento ad acqua (tubo) e il serbatoio di gas.

Valvole ottiche di risonanza

Il risonatore ottico è composto da uno specchio di riflessione totale e da uno specchio di riflessione parziale, che costituiscono una parte cruciale del laser a CO2.

Alimentazione elettrica e pompa

 ·  Principio operativo di base del Laser a CO2

Come mostrato nella figura 2, il diagramma illustra i livelli di energia molecolare responsabili della generazione laser in un laser a CO2.

Il processo di eccitazione del laser a CO2, come si può notare dalla figura 2, coinvolge principalmente tre gas: CO2, azoto ed elio. Il CO2 è il gas che produce Le radiazioni laser, mentre l’azoto e l’elio fungono da gas ausiliari.

L’elio serve a due scopi: accelera il processo di rilassamento termico del livello 010, che contribuisce all’estrazione dai livelli 100 e 020 e facilita un efficace trasferimento di calore.

L’introduzione dell’azoto facilita principalmente il trasferimento di energia nel laser a CO2, contribuendo in modo significativo all’accumulo di particelle ai livelli energetici superiori del laser a CO2 e alla produzione di laser ad alta potenza e ad alta efficienza.

La pompa impiega eccitazione continua di energia in corrente continua. Il suo principio di potenza a corrente continua consiste nel trasformare la tensione a corrente alternata collegata utilizzando un trasformatore, quindi rettificare e filtrare l’alta tensione per applicarla al tubo laser.

Figura 2: diagramma di transizione del livello molecolare di energia Laser di CO2

Il laser a CO2 è un laser ad alta efficienza che riduce al minimo i danni al mezzo di lavoro. Emette un laser invisibile con una lunghezza d’onda di 10,6 metri cubi, rendendolo un laser ideale.

Il principio operativo di base del laser a CO2 è simile ad altri laser molecolari, con il processo di emissione stimolata piuttosto complesso.

La molecola ha tre diversi movimenti: il movimento degli elettroni all’interno della molecola, che determina lo stato di energia elettronica della molecola; Le vibrazioni degli atomi all’interno della molecola, vale a dire gli atomi che oscillano periodicamente intorno alla loro posizione di equilibrio, determinando lo stato di energia vibrante della molecola; E la rotazione della molecola, cioè la rotazione continua della molecola nello spazio nel suo insieme, che determina lo stato di energia di rotazione della molecola.

I movimenti molecolari sono estremamente complessi, da cui la complessità dei livelli di energia.

Generazione Laser in Laser a CO2: nel tubo di scarica, una corrente cc compresa tra diverse decine e centinaia di milliampere è di norma in ingresso.

Durante la scarica, le molecole di azoto nel gas misto all’interno del tubo di scarica sono eccitate a causa della collisione di elettroni. Le molecole di azoto eccitate collidono poi con le molecole di CO2.

La molecola N2 trasferisce la sua energia nella molecola di CO2, causando il passaggio della molecola di CO2 da un livello di energia più basso a uno più elevato, con conseguente inversione della popolazione e, di conseguenza, generazione mediante laser.

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