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.

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.)

Vojenské aplikace

ničení mezikontinentálních balistických raket
dálkoměry

V medicíně

Kosmetika

odstraňování vrásek, pigmentových skvrn, jizev po akné, atd.

Externí odkazy

Obrázky, zvuky či videa k tématu CO2 laser na Wikimedia Commons