CO2 laser

CO₂ laser je jeden z nejstarších plynových laserů (v roce 1964 ho vynalezl C. Kumar N. Patel v Bellových laboratořích) a stále je jedním z nejpoužívanějších. V současné době je CO₂ laser nejsilnější kontinuální laser. Má také dobrou účinnost (okolo 20 %).

CO₂ laser generuje infračervené záření několika vlnových délek (nejčastěji jsou udávány 9,4 a 10,6 µm), které je možno oddělit optickým hranolem.

Inzerce

Aktivní prostředí

Tvoří:

• Oxid uhličitý (CO₂) – kolem 10–20 %
• Dusík (N₂) – kolem 10–20 %
• Vodík (H₂) a/nebo xenon (Xe) – několik procent; obvykle používaný jen v zatavené trubici.
• Helium (He) – zbytek směsi plynu

Vzájemné poměry těchto prvků se mohou u jednotlivých CO₂ laserů lišit. Ke stimulované emisi dochází pouze v molekulách CO₂, ostatní plyny zlepšují podmínky vzniku inverzní populace.

Druhy

• Laser buzený elektrickým výbojem v trubici se směsí plynů. Používá se vysokonapěťový zdroj (1000 – 1700 V) o proudu 30 až 50 mA.
• Expanzní CO₂ laser – je tvořený expanzní komorou, do které se vhání plyny. K excitaci molekul CO₂ dochází díky elektrickému obloukovému výboji o vysoké teplotě. Plyn s excitovaným CO₂ proudí rychlostí několikrát převyšující rychlost zvuku ve vzduchu štěrbinovou tryskou do vakua. Díky rychlému snižování tlaku dochází k poklesu teploty plynu. Energetické hladiny s velkými energiemi v molekulách CO₂ zůstávají po určitou dobu zaplněny elektrony. Říká se tomu „zamrzání“ vyšších energetických hladin.

Použití

V průmyslu

• svařování laserem – využití optického záření k roztavení materiálu do požadované hloubky s min. odpařením povrchu. Výhody – nedochází ke kontaktu s elektrodou, malé tepelné ovlivnění okolí, možnost svářet různé materiály, možnost svařovat v ochranné atmosféře.
• řezání laserem – většinou se na místo řezání přivádí společně s laserovým svazkem také proud plynu (pro kovy reaktivní plyny, jako např. kyslík, který vyvolává exotermickou reakci urychlující řezání; pro nekovové materiály inertní plyn). Tento proud pomáhá odstraňování roztaveného a odpařeného materiálu. Výhody – rychlost, kvalita, možnost automatizace, bezkontaktní působení.
• kalení laserem – možnost kalení malých a těžko dostupných míst.
• gravírování (dekorace dřeva, plastu, skla, kůže, atd.)