Газовые лазеры (лазер со2)

Основным достоинством газов как активной среды Л. является высокая оптическая однородность. Поэтому для тех научных и технических применений, для которых прежде всего необходимы максимально высокая направленность и монохроматичность излучения, газовые Л. представляют наибольший интерес. Вслед за первым газовым Л. на смеси гелия и неона (1960) было создано большое количество разнообразных газовых Л., в которых используются квантовые переходы нейтральных атомов, молекул и ионов, имеющих частоты в диапазоне от ультрафиолетовой до далёкой инфракрасной частей спектра. Среди Л. непрерывного действия видимой и ближней инфракрасной областей спектра наибольшее распространение получил гелий-неоновый Л. Этот Л. представляет собой заключённую в оптический резонатор газоразрядную трубку, заполненную смесью Не и Ne. В излучении Г. л. наиболее отчётливо проявляются характерные свойства лазерного излучения — высокая направленность и монохроматичность. Существенным достоинством является их способность работать в непрерывном режиме. Применение новых методов возбуждения и переход к более высоким давлениям газа могут резко увеличить мощность Г. л. С помощью Г. л. возможно дальнейшее освоение далёкого инфракрасного диапазона, диапазонов ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Открываются новые области применения Г. л., например в космических исследованиях.

Полупроводниковые лазеры

Среди Л. видимого и инфракрасного диапазонов полупроводниковые Л. занимают особое положение по ряду своих характеристик. Полупроводниковые инжекционные лазеры характеризуются очень высоким кпд преобразования электрической энергии в когерентное излучение (близким к 100%) и могут работать в непрерывном режиме. Другими практически важными особенностями П. л. являются: высокая эффективность преобразования электрической энергии в энергию когерентного излучения (до 30—50%); малая инерционность, обусловливающая широкую полосу частот прямой модуляции (более 109 Ггц); простота конструкции; возможность перестройки длины волны l излучения и наличие большого числа полупроводников, непрерывно перекрывающих интервал длин волн от 0,32 до 32 мкм. Общим недостатком всех полупроводниковых Л. является сравнительно невысокая направленность излучения, связанная с их малыми размерами, и трудность получения высокой монохроматичности. Последнее связано с большой шириной спектра спонтанного излучения на рабочих рекомбинационных переходах. Полупроводниковые Л. используются с наибольшей эффективностью в тех случаях, когда требования к когерентности и направленности не очень велики, но необходимы малые габариты и высокий кпд. Полупроводниковые Л. превосходят Л. всех остальных типов плотностью энергии излучения и величиной кпд. Важным качеством полупроводниковых Л. является возможность перестройки частоты излучения и управления световым пучком, т. е. модуляция интенсивности света с постоянной времени ~ 10-11 сек

Взаимодействие окг с веществом

Направим на поверхность луч мощного лазера и представим, что интенсивность излучения постепенно растет, например, за счет увеличения мощности лазера или за счет фокусирования излучения. Когда интенсивность излучения достигает необходимого значения, начинается плавление металла. Вблизи поверхности, непосредственно под световым пятном, возникает область жидкого расплавленного металла. Поверхность, отделяющая эту область от твердого металла, постепенно перемещается вглубь материала по мере поглощения им световой энергии. При этом площадь поверхности расплава увеличивается, и теплота начинает более интенсивно проникать вглубь за счет теплопроводности металла.

С увеличением интенсивности излучения одновременно с плавлением будет происходить интенсивное испарение (кипение) металла. Часть вещества превратится в пар, вследствие чего на поверхности металла возникает лунка, и начнется процесс формирования отверстия.

Когда интенсивность испарения достигает максимума, свет начинает ионизировать пары вещества, превращая их в плазму. Плазма интенсивно поглощает свет, преграждая дальнейший доступ лазерного излучения к поверхности.

Мощность луча можно регулировать, изменяя длительность импульса излучения или частоту импульсов.

В зависимости от вида обработки и свойств материала используют излучение с вполне определенными энергетическими и временными характеристиками. Если, например, для сварки подходят менее интенсивные и более длительные импульсы, т.к. материал успевает проплавляться на значительную глубину, не испаряясь, то для прошивания отверстий, где важно интенсивное испарение материала, подходят более интенсивные и короткие импульсы.

При взаимодействии луча с поверхностью часть энергии отражается, другая часть поглощается. Для полированных поверхностей сталей до 93% света отражается. Для окисленных и шероховатых поверхностей - до 60-80% света отражается. Еще большего поглощения можно добиться нанесением на поверхность веществ с малым коэффициентом отражения (газ, сажа, краска).

Глубина проникновения лазерного излучения составляет (5 ÷ 50)10^-3мкм. Дальнейшая передача энергии вглубь вещества осуществляется за счет теплопроводности.

Световой поток небольшой плотности производит лишь незначительные изменения поверхности. С увеличением плотности, что достигается фокусировкой луча, возможен нагрев и плавление материала. Чем больше плотность потока, тем больше глубина проплавления. Затем, с увеличением плотности, происходит испарение вещества с выбрасыванием капель и частиц из зоны обработки.