Теория работы лазера. Углекислотный лазер. Неодимовый YAG лазер.

Слово LASER (ЛАЗЕР) представляет собой акроним фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света посредством вынужденного излучения). Лазер состоит из активной среды и источника возбуждения. Источник возбуждения обеспечивает «подкачку» электронов в активную среду, что ведет к их переходу из основного в возбужденное энергетическое состояние. При их возврате в основное состояние происходит выделение фотонов. Сформированное световое излучение несколько раз отражается в оптическом резонаторе, состоящем из одного прозрачного и одного полупрозрачного зеркала, и оптически усиливается вынужденным излучением. Достигнув полупрозрачного зеркала, часть лазерного излучения перенаправляется для использования в медицинских целях.

Основные характеристики лазерного излучения:

• Высокая степень параллельности лучей — луч обладает очень низкой расходимостью.
• Монохромность — строго ограниченный диапазон длин волн, соответствующих одному цвету спектра электромагнитного излучения.
• Когерентность — все фотоны синхронны в плане местоположения и времени.

В качестве активной среды может использоваться газ, жидкость или твердое вещество. Как правило, в газовом лазере активная среда состоит из атомов, небольших молекул, или их смеси. Активная среда твердотельного лазера состоит из атомов или ионов, которые объединены (допированы) в твердую кристаллическую матрицу. Активная среда жидкостного лазера состоит из растворенных в жидкости молекул, обладающих большой молекулярной массой.

В качестве энергии накачки используется постоянный ток, энергия высокочастотных составляющих сигнала или, в твердотельном лазере, лазерное излучение. При достижении определенных параметров энергии накачки все вышеуказанные материалы демонстрируют явление инверсии населенности внешних энергетических уровней атомов вещества, позволяющее сформировать индуцированное лазерное излучение, соответствующее спектральной характеристике активной среды. Значительное увеличение силы света достигается в результате применения оптической обратной связи, реализованной при помощи зеркал лазерного резонатора и усиления индуцированным излучением, которое обеспечивается при каждом прохождении лучом резонатора.

Углекислотный лазер непрерывного излучения представляет собой лазер на основе газовой активной среды, создающий высокоинтенсивное излучение с длиной волны 10 600 нм. Используемая среда представляет собой смесь CO2-N2-He, заключенную в герметичную трубку. Благодаря сравнительно длительному сроку эксплуатации, замена газа требуется только после нескольких тысяч часов работы. Возбуждающее воздействие на молекулы газа оказывается разрядами постоянного тока. Возбужденный углекислый газ испускает фотоны. Формирующееся в оптическом резонаторе когерентное лазерное излучение покидает зеркальный шарнирный манипулятор через полупрозрачное зеркало. Силой излучения лазера можно управлять при помощи разрядного тока, воздействующего на лазерную трубку.

Неодимовый YAG лазер незатухающих колебаний является твердотельным лазером, который испускает высокоинтенсивное излучение длиной волны 1064 нм (принадлежащее инфракрасному диапазону спектра). В качестве среды выступает цилиндрический YAG (алюминиево-иттриевый гранат) кристалл, смешанный с ионами неодима (Nd3+). Для возбуждения/стимуляции образования требуемого эффекта «инверсии заполнения» используется интенсивный свет, производимый дуговой криптоновой лампой. Спектр испускаемого криптоновой лампой излучения очень хорошо совпадает со спектром поглощения, а следовательно, со спектром стимуляции, Nd3+ ионов главного YAG кристалла. Для увеличения эффективности лазера криптоновая лампа и неодимовый YAG стержень соединяются в оптическую камеру с высокой степенью отражения специальной формы такой, что большинство испускаемого лампой света собирается в кристалле.

Если у вас остались еще какие-то вопросы — обращайтесь к специалистам компании ООО «ИМПЕКС ЛАЙФ».