لیزر دی اکسید کربن  

هدف آزمایش، تبخیر کردن و انفجار به شعله است بمحض تابش توسط یک لیزر دی اکسید کربن موج پیوسته توان بالا که دهها کیلو وات نور مادون قرمز منتشر می کند.

لیزر دی اکسید کربن (لیزر CO₂) یکی از اولین لیزرهای گازی بود که توسعه داده شد ( توسط Kumar Patel از آزمایشگاه بل در 1964 اختراع شد)، و هنوز یکی از پر استفاده ترینهاست.لیزرهای دی اکسید کربن، لیزرهای موج پیوسته با بالاترین توان هستندکه عموما در دسترسند. همچنین کاملا کارآمدند: نسبت توان خروجی به توان پمپ می تواند به بزرگی 20% باشد.

لیزر CO₂ یک باریکه نور مادون قرمز تولید می کند با باندهای طول موج اصلی متمرکز روی محدوده 9.4 و 10.6 میکرومتر.

محیط فعال لیزر (تقویت لیزر/ محیط تقویت) یک گاز بدون بار است که توسط هوا سرد شده است ( در کاربردهای توان بالاترتوسط آب سرد شده). پر کردن گاز درون لوله بدون بار شامل گازهای زیر است:

·   دی اکسید کربن ( CO₂) ( حدود 10-20%)

·   نیتروژن ( N₂) ( حدود 10-20%)

·   هیدروژن ( H₂) و یا زنون ( Xe) ( با درصد کم، معمولا فقط در یک لوله عایق بندی شده استفاده شده)

·   هلیوم ( He) ( باقیمانده مخلوط گاز)

این نسبتها بر حسب لیزر مخصوص تغییر می کنند.

وارونی جمعیت در لیزر با ترتیب زیر بدست آمده است:

1.  برخورد الکترون حرکت نوسانی نیتروژن را برانگیخته می کند. چون نیتروژن یک مولکول جور هسته است، نمی تواند این انرژی را توسط گسیل فوتون از دست بدهد، و بنابراین ترازهای نوسانی برانگیخته اش شبه پایدار هستند و عمر طولانی ای دارند.

2.  انتقال انرژی برخورد بین مولکول نیتروژن و دی اکسید کربن باعث برانگیختگی ارتعاش دی اکسید کربن می شود، با بازده کافی که منجر به وارونی جمعیت مطلوب لازم برای عملکرد لیزر می شود.

چون لیزرهای CO₂ در مادون قرمز عمل می کنند، مواد ویژه ای برای ساختارشان لازم است. نوعا، آیینه ها از پوشش سیلیکون، مولیبدنوم، یا طلا ساخته شده اند، در حالیکه پنجره ها و لنزهاهم از ژرمانیوم و هم از سلنید روی ساخته شده اند. برای کاربردهای توان بالا، آینه های طلا و لنزها و پنجره های سلنید روی ترجیح داده شده. در طو ل تاریخ، لنزها و پنجره ها بوسیله نمک ساخته شده بودند ( کلرید سدیم و کلرید پتاسیم). هنگامیکه ماده ساده بود، لنزها و پنجره ها به آرامی با پرتو دهی به رطوبت جوی فرسوده می شدند.

اساسی ترین شکل یک لیزر CO₂ شامل یک گاز بدون بار است ( با یک مخلوط نزدیک به آنچه در بالا مشخص شد) با یک بازتابنده کلی در یک انتها، و یک متصل کننده خروجی ( معمولا یک آینه نیم بازتابنده پوشیده شده از سلنید روی) در انتهای خروجی. بازتاب پذیری از متصل کننده خروجی نوعا در حدود 5-15% است.خروجی لیزر همچنین ممکن است در سیستمهای توان بالاتر برای کاستن مشکلات گرمایش نوری edge-coupled باشد.

لیزر CO₂ می تواند با داشتن توانهای cw بین میلی وات ( mW) و صدها کیلو وات ( kW) ساخته شود. همچنین فعال ساختن سوئیچ Q یک لیزر CO₂ بوسیله یک آینه دوار یا یک سوئیچ الکترو نوری خیلی آسان است، که باعث می شود توانهای ماکزیمم سوئیچ Q شده ، بالاتر از گیگا وات ( GW) یا توان ماکزیمم شود.

چونکه گذارهای لیزر در حقیقت روی باندهای چرخشی-ارتعاشی یک مولکول خطی سه اتمی هستند، ساختار چرخشی باندهای P و R می توانند توسط یک عنصر میزان سازی در کاواک لیزر انتخاب شوند. چون مواد قابل انتقال در مادون قرمز نسبتا پر اتلاف هستند، عنصر میزان سازی فرکانس تقریبا همیشه یک توری پراش است. توسط چرخش توری پراش، یک خط چرخشی مخصوص انتقال ارتعاشی می تواند انتخاب شود. همچنین انتخاب مناسبترین فرکانس ممکن است در طی استفاده از یک etalon بدست آمده باشد. عملا، متفقا با جانشینی ایزوتوپی، این به این معنی است که یک شانه پیوسته از فرکانسهای مجزا نزدیک به حدود 1 Cm^-1 (30 GHz) می تواند استفاده شده باشد که از 880 تا 1090 Cm^-1 ادامه میابد. چنین لیزرهای دی اکسید کربن "تنظیم پذیر خطی" اصولا در کاربردهای تحقیقاتی مورد توجه هستند.

چونکه ترازهای توان بالا در دسترسند ( همراه با قیمت معقول برای لیزر)، لیزرهای CO₂ بارها در کاربردهای صنعتی برای برشکاری و جوشکاری استفاده شده اند، در حالیکه لیزرهای تراز توان پایین تر برای حکاکی استفاده شده اند. همچنین آنها در عملهای جراحی خیلی مفیدند زیرا آب ( که بیشتر بافتهای زیستی را می سازد) این فرکانس نور را خیلی خوب جذب می کند. برخی مثالهای کاربردهای پزشکی، جراحی لیزری، ترمیم پوست ("از بین بردن چین و چروک پوست با لیزر") (که در اصل شامل سوختن پوست برای بهبود شکل collagen است)، و dermabrasion هستند. همچنین، ممکن است برای عمل شرایط پوستی خاص مثل از بین بردن موهای زائد بدن بدون درد کشیدن، podules، و غیره.

چون جو برای نور مادون قرمز کاملا شفاف است، لیزرهای CO₂ برای محدوده یابی ارتشی با استفاده از تکنیک های LIDAR نیز استفاده شده اند.

ارسال شده توسط : پژوهشگر سایت - ١٧  مرداد , ١٣٨٧