Tuby laserowe są stosowane powszechnie w różnych urządzeniach laserowych, w tym w urządzeniach do grawerowania laserowego. Czym dokładnie są te elementy? Na jakiej zasadzie działają?
Tuba laserowa – co to jest?
Sercem systemów laserowych są tuby laserowe. Są to szczelne szklane lub metalowe rurki wypełnione specjalną mieszaniną gazów, która emituje spójne światło pod wpływem wyładowania elektrycznego lub innego źródła energii. Tuby laserowe są niezbędnymi elementami technologii laserowej, pełniąc rolę ośrodka aktywnego, w którym generowana jest wiązka laserowa.
Zasada działania tub laserowych
Elementy takie jak tuby laserowe zawierają mieszaninę gazów, zazwyczaj dwutlenek węgla (CO2), azot (N2) i hel (He), chociaż w zależności od zastosowania można zastosować inne gazy. Kiedy do mieszaniny gazów doprowadzana jest energia elektryczna, atomy lub cząsteczki gazu ulegają wzbudzeniu, osiągając wyższe stany energetyczne. Gdy atomy lub cząsteczki gazu powracają do stanu podstawowego ze stanu wzbudzonego, emitują fotony. Proces ten, znany jako emisja spontaniczna, zazwyczaj wytwarza fotony o różnych długościach fal i kierunkach.
W procesie zwanym emisją wymuszoną część wyemitowanych fotonów stymuluje sąsiednie wzbudzone atomy lub cząsteczki do uwalniania dodatkowych fotonów, które są spójne z fotonami stymulującymi. Tworzy to efekt kaskadowy, gdy więcej atomów lub cząsteczek znajduje się w stanie wzbudzonym niż w stanie podstawowym.
Inwersja obsadzeń prowadzi do wzmocnienia spójnego światła w tubie laserowej. Fotony odbijają się tam i z powrotem pomiędzy dwoma zwierciadłami umieszczonymi na każdym końcu tuby, poddając się emisji wymuszonej i wzmocnieniu przy każdym przejściu przez ośrodek gazowy. Kiedy wzmocnienie światła osiągnie poziom progowy, następuje emisja silnej, spójnej wiązki światła laserowego przez jedno z luster. Ta wiązka lasera jest silnie skupiona, a określona długość fali zależy od właściwości mieszaniny gazów i konstrukcji lampy laserowej.
Rola tub laserowych w urządzeniach laserowych
Tuby laserowe to podstawowe elementy odpowiedzialne za generowanie wiązki laserowej w systemach laserowych. Przekształcają energię elektryczną w spójne światło w procesie emisji wymuszonej. Moc wyjściowa systemu laserowego zależy w dużej mierze od konstrukcji i właściwości tuby laserowej. Lampy laserowe o większej mocy mogą wytwarzać bardziej intensywne wiązki laserowe odpowiednie do cięcia, grawerowania, spawania i innych zastosowań przemysłowych.
Skład mieszaniny gazów w lampie laserowej określa długość fali emitowanego światła lasera. Różne typy lamp laserowych są zoptymalizowane pod kątem określonych długości fal, co pozwala na precyzyjną kontrolę nad charakterystyką lasera i jego przydatnością do różnych materiałów i zastosowań.