Ugljen-dioksidni laser

Ugljen-dioksidni laser velike izlazne snage, desetine kilovata za rad u infracrvenom delu spektra

Ugljen-dioksidni laser ili (CO₂ ласер) je tip gasnog lasera koji kao izvor zračenja koristi molekule ugljen-dioksida. Rad ovog lasera je prvi put demonstriran 1964. godine u Belovim laboratorijama, od strane Kumar Patela. Jedan je od prvih razvijenih i najprimenjivanijih gasnih lasera. Ugljen-dioksidni laser je laser najveće izlazne snage trenutno dostupan. Vrlo je efikasan: izlazne snage i snage pumpanja može da dostigne vrednosti i do 20%. CO₂ laser proizvodi svetnosni snop u dalekoj infracrvenoj oblasti sa centralnom talasnom dužinom oko 9.4 i 10.6 mikrometara.

Princip rada

CO₂ laser ima sličnu strukturu kao helijum-neonski laser: sastoji se od staklene cevi ispunjene smešom gasova (ugljen-dioksida, azota, helijuma i eventualno još nekog gasa). Na krajevima cevi se nalaze dva paralelna ogledala koja reflektuju laserski snop i tako formiraju rezonator. U cevi se nalaze i elektrode na koje je priključen visok napon.

Visok napon proizvodi mnoštvo brzih elektrona u cevi koji svojim sudarima predaju energiju molekulima gasa. Molekul azota u pobuđenom vibracijskom stanju ne može predati svoju energiju emisijom fotona jer nema dipolni moment, a njegove vibracije ne pokazuju vremensku promenu dipolnog momenta. Zbog toga su pobuđena vibracijska stanja azota dugoživeća, odnosno metastabilna. Sudarima, molekul azota predaje energiju molekulima ugljen-dioksida. Energija vibracije molekula azota je gotovo jednaka energiji antisimetričnog istezanja molekula CO₂. Laserski prelaz je između prvog nivoa antisimetričnog istezanja i prvog nivoa simetričnog istezanja ili prvog nivoa savijanja molekula CO₂.

CO₂ laser se može podesiti ta rad na talasnim dužinama 9,4 μm i 10,6 μm, što je u infracrvenom delu spektra. Kako vibracijski procepi imaju rotacijske podnivoe, CO₂ laser se zapravo može podesiti za rad na nizu talasnih dužina oko 9,4 μm i 10,6 μm. Može raditi kako u kontinualnom tako u impulsnom režimu koristeći Q-prekidanje.

Primena

Usled dostupne velike izlazne snage (u kombinaciji sa razumnom cenom ovog lasera), CO₂ laseri se često koriste u industriji za sečenje, varenje i graviranje. Isto tako su veoma primenjivani u hirurgiji zbog toga što molekuli vode (kojih ima najviše u organizmu) apsorbuju svetlost na frekvencijama zračenja ovog lasera. Isto tako, usled ne-apsorbovanja atmosfere svetlosti ovih frekvencija, CO₂ laseri imaju primenu u vojne svrhe kao tehnike za LIDAR.

Vidi još

• Helijum-neonski laser
• Argonski laser