Le principal composant de travail de tout appareil laser est le soi-disant milieu actif. Il agit non seulement comme une source de flux dirigé, mais dans certains cas, il peut l'améliorer considérablement. C'est précisément cette caractéristique que possèdent les mélanges de gaz qui agissent comme substance active dans les installations laser. Dans le même temps, il existe différents modèles de tels appareils, qui diffèrent à la fois par leur conception et par les caractéristiques de l'environnement de travail. D'une manière ou d'une autre, le laser à gaz présente de nombreux avantages qui lui ont permis de prendre une place de choix dans l'arsenal de nombreuses entreprises industrielles.
Caractéristiques de l'action du milieu gazeux
Traditionnellement, les lasers sont associés à des milieux solides et liquides qui contribuent à la formation d'un faisceau lumineux avec les performances requises. Dans ce cas, le gaz présente les avantages d'uniformité et de faible densité. Ces qualitéspermettent au faisceau laser de ne pas être déformé, de ne pas perdre d'énergie et de ne pas se disperser. De plus, le laser à gaz se caractérise par une directivité accrue du rayonnement, dont la limite n'est déterminée que par la diffraction de la lumière. Par rapport aux solides, l'interaction des particules de gaz se produit exclusivement lors de collisions dans des conditions de déplacement thermique. En conséquence, le spectre d'énergie de la charge correspond au niveau d'énergie de chaque particule séparément.
Dispositif laser à gaz
Le dispositif classique de tels dispositifs est formé d'un tube scellé avec un milieu fonctionnel gazeux, ainsi que d'un résonateur optique. Le tube à décharge est généralement en céramique de corindon. Il est placé entre un prisme réfléchissant et un miroir sur un cylindre de béryllium. La décharge est réalisée en deux sections avec une cathode commune à courant continu. Les cathodes froides en oxyde de tantale sont le plus souvent divisées en deux parties au moyen d'un espaceur diélectrique, qui assure une répartition uniforme des courants. De plus, le dispositif laser à gaz prévoit la présence d'anodes - leur fonction est assurée par de l'acier inoxydable, présenté sous la forme d'un soufflet à vide. Ces éléments fournissent une connexion flexible entre les tubes, le prisme et les supports de miroir.
Principe de fonctionnement
Pour remplir le corps actif en gaz avec de l'énergie, des décharges électriques sont utilisées, qui sont générées par des électrodes dans la cavité du tube de l'appareil. Lors de la collision d'électrons avec des particules de gazils sont excités. Cela crée la base pour l'émission de photons. L'émission stimulée d'ondes lumineuses dans le tube augmente à mesure qu'elles traversent le plasma gazeux. Les miroirs exposés aux extrémités du cylindre forment la base de la direction préférentielle du flux lumineux. Un miroir translucide, qui est fourni avec un laser à gaz, sélectionne une fraction de photons du faisceau directionnel, et le reste d'entre eux est réfléchi à l'intérieur du tube, en maintenant la fonction de rayonnement.
Caractéristiques
Le diamètre intérieur du tube de décharge est généralement de 1,5 mm. Le diamètre de la cathode en oxyde de tantale peut atteindre 48 mm avec une longueur d'élément de 51 mm. Dans ce cas, la conception fonctionne sous l'action d'un courant continu avec une tension de 1000 V. Dans les lasers à hélium-néon, la puissance de rayonnement est faible et, en règle générale, est calculée en dixièmes de W.
Les modèles à dioxyde de carbone utilisent des tubes d'un diamètre de 2 à 10 cm. Il est à noter qu'un laser à gaz fonctionnant en mode continu a une puissance très élevée. Du point de vue de l'efficacité opérationnelle, ce facteur est parfois un plus, cependant, pour maintenir une fonction stable de tels dispositifs, des miroirs durables et fiables avec des propriétés optiques améliorées sont nécessaires. En règle générale, les technologues utilisent des éléments en métal et en saphir avec traitement à l'or.
Variétés de lasers
La classification principale implique la division de ces lasers en fonction du type de mélange gazeux. Nous avons déjà évoqué les caractéristiques des modèles basés sur un corps actif en dioxyde de carbone, mais aussiles milieux ioniques, hélium-néon et chimiques sont courants. Pour fabriquer la conception de l'appareil, les lasers à gaz ionique nécessitent l'utilisation de matériaux à haute conductivité thermique. En particulier, des éléments céramique-métal et des pièces à base de céramique au béryllium sont utilisés. Les supports hélium-néon peuvent fonctionner à différentes longueurs d'onde dans le rayonnement infrarouge et dans le spectre de la lumière visible. Les miroirs résonateurs de tels dispositifs se distinguent par la présence de revêtements diélectriques multicouches.
Les lasers chimiques représentent une catégorie distincte de tubes à gaz. Ils impliquent également l'utilisation de mélanges gazeux comme milieu de travail, mais le processus de formation du rayonnement lumineux est assuré par une réaction chimique. Autrement dit, le gaz est utilisé pour l'excitation chimique. Les dispositifs de ce type présentent l'avantage de pouvoir convertir directement l'énergie chimique en rayonnement électromagnétique.
Utilisation de lasers à gaz
Pratiquement tous les lasers de ce type sont très fiables, durables et abordables. Ces facteurs ont conduit à leur utilisation généralisée dans diverses industries. Par exemple, les dispositifs hélium-néon ont trouvé une application dans les opérations de nivellement et de réglage qui sont effectuées dans les opérations minières, dans la construction navale, ainsi que dans la construction de diverses structures. De plus, les caractéristiques des lasers hélium-néon conviennent à une utilisation dans l'organisation des communications optiques, dans le développement de matériaux holographiques et de gyroscopes quantiques. N'a pas fait exception en termes d'avantages pratiques etlaser à gaz argon, dont l'application montre l'efficacité dans le domaine du traitement des matériaux. En particulier, ces appareils servent à couper les roches dures et les métaux.
Avis sur les lasers à gaz
Si nous considérons les lasers du point de vue des propriétés opérationnelles avantageuses, de nombreux utilisateurs notent la haute directivité et la qualité globale du faisceau lumineux. De telles caractéristiques s'expliquent par une faible proportion de distorsions optiques, quelles que soient les conditions de température ambiante. Quant aux inconvénients, une grande tension est nécessaire pour libérer le potentiel des milieux gazeux. De plus, un laser à gaz hélium-néon et des dispositifs à base de mélanges de dioxyde de carbone nécessitent une puissance électrique considérable pour être connectés. Mais, comme le montre la pratique, le résultat se justifie. Des appareils à faible puissance et des appareils à potentiel de puissance élevé sont utilisés.
Conclusion
Les possibilités des mélanges à décharge en termes d'utilisation dans les systèmes laser sont encore insuffisamment maîtrisées. Néanmoins, la demande pour de tels équipements augmente avec succès depuis longtemps, formant une niche correspondante sur le marché. Le laser à gaz a reçu la plus grande diffusion dans l'industrie. Il est utilisé comme outil pour la coupe ponctuelle et précise de matériaux solides. Mais il existe également des facteurs qui entravent la diffusion de ces équipements. Premièrement, il s'agit d'une usure rapide de la base de l'élément, ce qui réduit la durabilité des appareils. Deuxièmement, il existe des exigences élevées pour fournir une décharge électrique,nécessaire pour former le faisceau.
