Лазер на углекислом газе

Лазерную резку материалов осуществляют как в импульсном, так и в непрерывном режиме. При резке в импульсном режиме непрерывный рез получается в результате наложения следующих друг за другом отверстий. Наиболее широкое применение получила резка тонкопленочных пассивных элементов интегральных схем, например, с целью точной подгонки значений их сопротивления или емкости. Для этого применяют импульсные лазеры на алюмо-иттриевом гранате с модуляцией дробности, лазеры на углекислом газе. Импульсный характер обработки обеспечивает минимальную глубину прогрева материала и исключает повреждение подложки, на которую нанесена пленка. Лазерные установки различных типов позволяют вести обработку при следующих режимах энергия излучения 0,1. .. 1 МДж, длительность импульса 0,01. .. 100 мкс, плотность потока излучения до 100 мВт/см, частота повторения импульсов 100. .. 5000 импульсов в 1 G. В сочетании с автоматическими управляющими системами лазерные установки для подгонки резисторов обеспечивают производительность более 5 тысяч операций за 1 ч. Импульсные лазеры на алюмо-иттриевом гранате применяют также [c.299]

Наибольшую мощность и к.п.д. имеют газовые лазеры, генерирующие колебания на молекулярных переходах. Типичный представитель этой группы — лазер на углекислом газе. Молекула СО2 возбуждается электронными ударами в газовом разряде, причем для увеличения мощности к СО2 добавляют молекулярный азот N2. Выходная мощность возрастает благодаря резонансной передаче энергии от возбужденных молекул N2 молекулам СО2. Отношение парциальных давлений СО2 и N2 обычно выбирается в пределах 1 1...1 5 при суммарном рабочем давлении в несколько сотен паскалей. [c.122]

Мощность лазера на углекислом газе еще больше повышается при добавлении к смеси гелия, поэтому в настоящее время газовые лазеры на углекислом газе используют смесь СО2 + -j- N2 + Не. Лазеры на углекислом газе имеют весьма высокий к.п.д. (теоретически — до 40%, практически — 8...30%). [c.122]

Рис. 3.7. Схема газового лазера на углекислом газе с поперечной прокачкой

Наиболее эффективны лазеры на углекислом газе с поперечной относительно линии электрического тока продувкой газа. Схема такого лазера мощностью до 10 кВт приведена на рис. 3.7. Эта разновидность газового лазера использует интенсивную прокачку газа через резонатор 3 с охлаждением его в теплообменнике 4. Электрический разряд возбуждается между анодной плитой 2 и секционированным катодом I. [c.123]

Сварка лазером неметаллических материалов, в основном стекла и керамики, возможна потому, что излучение лазера на углекислом газе с длиной волны 10,6 мкм достаточно хорошо поглощается этими материалами и может быть использовано для их нагрева, плавления и последующей сварки. По сравнению с газопламенным нагревом, обычно используемым для сварки и пайки стекла, излучение лазера позволяет увеличить интенсивность нагрева места сварки или пайки (но не более 80... 100 К/с из-за возможности термического растрескивания стекла), уменьшить зону нагрева, что дает возможность создавать миниатюрные стеклянные сварные конструкции. [c.127]

Рис. 3.10. Проплавление стали при сварке лазером на углекислом газе

Описанные выше собственные колебания молекулы СО2 используются в газовом лазере на углекислом газе. Упрощенная схема энергетических уровней молекул СОа и азота Na, входящих в состав газовой смеси лазера, приведена на рис. 8.4. Электронный поток газового разряда возбуждает с большой эффективностью колебания, соответствующие наинизшему уровню молекул азота Еу. Частота этих колебаний близка к частоте соа антисимметричных колебаний молекулы Oj. В результате неупругого столкновения молекул Na и СОа происходит возбуждение антисимметричного колебания СОа и молекула переходит на энергетический уровень а- Этот уровень метастабилен. С него возможны переходы на более низкий возбужденный уровень симметричного колебания 3 и второй возбужденный уровень деформационного колебания 4. Уровни 3 и 4 близки, между ними в результате неупругого взаимодействия молекул существует сильная связь. Деформационные колебания молекулы СО легко передают свою [c.293]

Процесс 14 — возбуждение резонансных состояний молекул в азотном лазере, напр., этот процесс создаёт инверсную заселённость уровней. Процесс 15 — возбуждение колебат. уровней молекулы, этот процесс преобладает в тлеющем разряде в азоте и в лазере на углекислом газе, что обеспечивает большой кпд и высокую мощность лазера. [c.353]

Сварка лазером неметаллических материалов (в основном стекла и керамики) возможна потому, что излучение лазера на углекислом газе с длиной волны 10,6 мкм достаточно хорошо поглощается этими материалами и может быть использовано для их нафева, плавления и последующей сварки. [c.209]

Именно такой случай поддержания неподвижной или перемещающейся заданным образом относительно вещества структуры, нагретой до высокой температуры, удается реализовать с использованием лазерного источника излучения. Впервые непрерывно действующий оптический разряд, поддерживаемый сфокусированным лучом лазера на углекислом газе, был получен в 1970 г. [6]. При поджигании разряд начинается в фокусе. Затем фронт плазмы, как это описывалось ранее, смещается навстречу световому потоку со скоростью порядка нескольких м/с т.е. тепловая волна распространяется в режиме дефлаграции и останавливается там, где из-за расходимости пучка света плотность потока световой энергии становится недостаточной для поддержания распространяющейся тепловой волны. Температура аргоновой плазмы в зоне разряда превышает 20000 К, плазменное образование представляет при этом непрерывно действующий источник света небывалой ранее яркости. На рис. 9 приведена фотография непрерывного оптического разряда в камере с неподвижным газом, на рис. 10 дана серия снимков плазменных образований в потоке воздуха разной скорости. [c.125]

Металлические материалы поглощают такое излучение значительно хуже. При этом процесс обработки, например конструкционной стали, легированной стали или титана, поддерживается за счет окислительного газа (кислорода). Материалы с большим коэффициентом отражения, например медь и алюминий, плохо поддаются резке с помощью лазера на углекислом газе. В целом же лазерной резкой можно резать низкоуглеродистые, низколегированные и высоколегированные стали, в том числе покрытые оловом, свинцом, цинком, никелем, лаком или пластмассой, а также титан, цирконий, ниобий, тантал, никель и сплавы этих металлов. Возможна резка неметаллов, т. е. различных пластмасс, в том числе стеклопластиков, кожи, древесины, резины, шерсти, хлопка, синтетических тканей и т. п. Кроме того, возможна резка неорганических материалов керамики, кварца, фарфора, кварцевого стекла, асбеста, слюды, камня, алюминатов, графита и т. п. [c.26]

При работе мощных лазеров ИК-диапазона используют колебательные и вращательные переходы молекулярных газов. Для технологических целей (резка, сварка и т. п.) производят лазеры на углекислом газе СОа, непрерывная мощность излучения которых на длине волны 10,6 мкм достигает 1000 Вт и выше при высоком к. п. д. (10—30%). Используются также молекулы аммиака, воды и других газов. [c.253]

В литературе описана технология изготовления импульсным лазером на углекислом газе отверстий в резиновых детских сосках. Подобные лазеры используют и для подгонки интегральных радиоэлектронных схем и ртутных термометров, для динамической. балансировки вращающихся масс, для разделения полупроводниковых материалов и керамики. [c.107]

В настоящее время созданы лазерные устройства импульсного и непрерывного действия, обеспечивающие достаточную для плавления металлов мощность. Установки импульсного действия разработаны еще в начале 60-х годов, тогда как лазеры непрерывного режима высокой мощности (лазеры на углекислом газе) созданы лишь недавно. Поскольку разработка аппаратуры и технологии непрерывной лазерной сварки еще не вышла из стадии лабораторных испытаний, то предметом рассмотрения будет только импульсная лазерная сварка. [c.52]

Однако имеется значительное число экспериментов (в основном выполненных с импульсами от мощных лазеров на углекислом газе), в которых поначалу казалось, что существует грубое несоответствие с предсказаниями развитой выше теории. [c.114]

Три модели лазеров на углекислом газе могут проиллюстрировать наши рассуждения лазеры непрерывного действия с электрическим возбуждением, термические лазеры (или газо-динамические лазеры) и лазеры TEA. [c.37]

Чисто химические лазеры. Хотя молекулярные лазеры, которые мы обсуждали, наиболее широко известны, существует и много других, использующих разнообразные газы и методы возбуждения. Так, существуют лазеры на углекислом газе как с термическим, так и с электронным возбуждением. С другой стороны, можно построить чисто химический лазер, не использующий никаких внешних источников энергии — при этом используется свойство некоторых реакций производить молекулы в избранных колебательных состояниях, между которыми может возникнуть инверсия населенности. [c.40]

Из-за их большой выходной мощности в инфракрасной области электромагнитного спектра лазеры на углекислом газе открывают большой новый диапазон частот для изучения неразрушающих оптических взаимодействий с газами, жидкостями и твердыми телами. Такие оптические взаимодействия включают в себя нелинейные процессы, с помощью которых можно создавать когерентные источники инфракрасного излучения, с непрерывной подстройкой в широком диапазоне частот. Вдобавок существует множество других применений, для которых мощные лазеры на углекислом газе обещают быть полезными. Может быть, [c.56]

МОЩНЫЕ ЛАЗЕРЫ НА УГЛЕКИСЛОМ ГАЗЕ [c.57]

Рис, 6. Добавка газообразного азота в лазер на углекислом газе приводит к селективному возбуждению молекул углекислого газа на высший лазерный уровень. Азот является двухатомной молекулой и поэтому имеет одну колебательную степень свободы. Следовательно, одно квантовое число V полностью описывает его колебательные уровни. Молекулы азота могут эффективно возбуждаться с уровня у=0 на уровень г=1 при столкновении с электронами в разряде под низким давлением. Так как энергия возбуждения молекулы N2(v=l) почти равна энергии возбуждения молекулы СОг(001), имеет место эффективная передача колебательной энергии от азота к углекислому газу при столкновении между молекулами N2(v=l) и СО2(001). При таком столкновении молекула азота возвращается с уровня с г=1 в основное состояние, теряя квант своей колебательной энергии и возбуждая тем самым молекулу углекислого газа из ее основного состояния на уровень 001. Молекула углекислого газа может тогда перейти на уровни 100 или 020, испуская инфракрасный свет с длиной волны 10,6 или [c.66]

Удаление узкого места на уровне 010 углекислого газа увеличивает высвечивание низших лазерных уровней. Это, в свою очередь, приводит к увеличению выходной мощности и более высокой эффективности лазера на углекислом газе. Ранее я упоминал, что высвечивание молекул СОг ОЮ) происходит при превращении энергии молекулы СОг(020) в кинетическую энергию при столкновении с другой частицей. Скорость такого высвечивания зависит от природы этой другой частицы. Например, в самом углекислом газе происходит около 100 высвечивающих столкновений в секунду при давлении в один тор, в то время как у атомов гелия их около 4000, а у водяного пара — 100 ООО. Таким образом, мы получаем еще один метод увеличения выходной мощности и эффективности лазерной системы на смеси азота и углекислого газа. [c.68]

В настоящее время в большинстве мощных лазеров на углекислом газе газы медленно прокачиваются через рабочую трубку. Однако некоторые из наших ранних экспериментов в Лабораториях компании Белл и более поздние в Исследовательских лабораториях компании Филлипс , Голландия, показали, что можно сделать герметичный лазер на углекислом газе, если достаточно тщательно изготовить трубку и использовать подходящие газовые смеси. Эти лазеры могут создавать такие же выходные мощности, как и системы с прокачкой газа, и дают при этом сравнимую эффективность. [c.68]

До сих нор я описывал механизм возбуждения и высвечивания, обеспечивающий очень высокую выходную мощность лазеров на углекислом газе, но ничего не говорил о спектре испускаемого излучения. Как я уже упоминал, из-за плотно расположенных вращательных подуровней высших и низших колебательных состояний переходы между двумя колебательными уровнями происходят в форме линии, состоящей из Р- и / -вет-вей. Значит ли это, что выходное излучение лазера на углекислом газе состоит из ряда частот, соответствующих одновременным Р- и Л-перехо-дам Если излучение будет происходить на ряде частот, лазерный луч не будет полностью монохроматичным, и его использование в таких областях, как связь, будет ограничено. В действительности обычно мощный лазер на углекислом газе можно заставить излучать па единственном Р-переходе (обычно это переход Р(20) с длиной волны 10,5915 микрон) без особых помех, несмотря на то, что колебательная полоса 001- -100 содержит целый ряд возможных Р- и Л-переходов. Это достигается благодаря некоторым довольно тонким конкурирующим процессам между Р- и й-переходами, и такая тактическая уловка в огромной степени увеличивает полезность лазера на углекислом газе. [c.69]

Рис. 10. С-переключение — метод работы в импульсном режиме обычного лазера непрерывного действия — получается при замене одного из зеркал лазерной полости вращающимся зеркалом, лазер излучает в то время, когда вращающееся зеркало (слева) параллельно противоположному неподвижному зеркалу (справа). Лазер на углекислом газе, генерирующий в непрерывном режиме мощность около 50 ватт, будет генерировать при С-переключении в импульсе продолжительностью 150 наносекунд почти 50 киловатт с частотой около 400 импульсов

Из молекулярных лазеров широкое применение получил лазер на углекислом газе (СОз). Активной средой является смесь 02( 100 Па) и азота (s=i500 Па), активным веществом является Oj (длина волны излучения 10,6 мкм) Мощность современных лазеров на Oj достигает десятков киловатт, к, п. д. ж 10—20%. [c.341]

Электрический разряд в лазере на углекислом газе возбуждается в охлаждаемой газоразрядной трубке, выполняемой обычно из стеклянной трубы диаметром до 60 мм. Излучение с длиной волны 10,6 мкм выводится через окно, выполненное из материала, пропускающего инфракрасные лучи. Для этой цели используются кристаллы КВг, Na l или Se. Для лазера данной схемы с продольной прокачкой с 1 м длины резонатора можно снимать мощность не более 50 Вт, из-за чего приходится значительно увеличивать длину трубы резонатора. [c.205]

Мош,ности, излучаемые лазерами, достигаК)т колоссальных значений. Так, газовый лазер на углекислом газе излучает в непрерывном режиме до 50 /сет, а лазер на неодимовом стекле в режиме синхронизации мод генерирует импульсы света пикосекундной длительности мош,ностью до 10 вт, т. е. превышаю-ш.ей мош,ность всех электростанций на Земле. [c.5]

К и 1= 10 Па. Для увеличения мош,ности такой системы увеличивают число сопел, входную температуру и давление. Лазеры, работаюш,ие на таком принципе накачки, получили название газодинамических. Первый газодинамический лазер на углекислом газе был предложен А. М. Прохоровым и В. К. Конюховым в 1966 г. [c.106]

В модели, осуществленной Т. А. Кулом в 1969 году в Корнельском университете, дейтерий и фтор реагируют в присутствии N0 и образуют по сложной цепочке реакций молекулу ВР в возбужденном колебательном состоянии. Эти молекулы передают энергию своего возбуждения молекулам углекислого газа и создают инверсию населенности между уровнями 8 VI 1. Таким образом, молекулы ВР играют роль, аналогичную роли молекул азота в уже рассмотренных лазерах. Этот химический лазер является лазером на углекислом газе с химической накачкой за счет реакции дейтерия с фтором. Кпд преобразования химической энергии в электромагнитную порядка 5%, а объявленная мощность лазера 50 киловатт на килограмм реагирующего газа в секунду. Лазер работает за [c.40]

Положение полностью изменилось с появлением лазеров на многоатомных газах. Замечательным примером являются лазеры на углекислом газе. Они могут создавать непрерывный лазерный луч с выходной мощностью в несколько киловатт, в то же время сохраняя в значительной степени спектральную чистоту и пространственную когерентность, присущие маломощным лазерам на одноатомных газах. Лазер на углекислом газе недавно был использован для получения инфракрасного луча с выходной мощностью 8,8 киловатт — наиболее мощного непрерывного луча, полученного до сих пор. Значение такой выходной мощности ярко демонстрируется 1тем фактом, что сфокусированный инфракрасный луч мощностью в несколько киловатт способен в течение нескольких секунд разрезать стальную пластинку толщиной около 6 миллиметров. [c.56]

Из-за нерезонансной природы превращения колебательной энергии в кинетическую высвечивание молекул С0г(010) может замедлиться и создать узкое место в полном цикле возбуждения и высвечивания. Это приведет к уменьшению эффективности и выходной мощности. Даже для лазера на чистом углекислом газе, который я испытывал сначала, механизм высвечивания был достаточно быстрым, чтобы позволить возникнуть сильным лазерным колебаниям на колебательно-вращательных переходах 001- 100 и 001- 020 с длинами волн 10,6 и 9,6 микрон соответственно. Оказалось, что из-за большей вероятности испускания переходы на длине волны 10,6 микрон примерно в 10 раз интенсивнее переходов с длиной волны 9,6 микрон. В дальнейшем мы будем рассматривать только переходы с длиной волны 10,6 микрон. Совершенно ясно, сто возбуждение нри столкновении с электроном, имеющее место в разряде в чистом углекислом газе, пе может давать достаточно высокоселективное возбуждение молекул на высший лазерный уровень, необходимое для получения практической эффективности, приближающейся к квантовой эффективности системы. Причина заключается в том, что электроны могут возбуждать молекулы углекислого газа также на уровни, отличающиеся от ООуз, Это вызывает уменьшение эффективности и выходной мощности. Для получения необходимой высокой эффективности существует несколько видов селективного возбуждения молекул углекислого газа на высший лазерный уровень. Такое селективное возбуждение имеет место, когда в лазер на углекислом газе добавляется газообразный азот. [c.65]

Типичные лазеры на углекислом газе имеют длину около двух метров и могут создавать непрерывное лазерное излучение мощностью около 150 ватт. Ничто не препятствует созданию очень длинного лазера для получения значительно большей выходной мощности, так как она линейно увеличивается с увеличением длины. Действительно, сотрудники компании Рейтиэн сконструировали складной лазер на углекислом [c.68]

Другие способы получения колебательных возбун дений в молекулах используют химические реакции, нагревание газа пламенем и горелками и оптическое возбуждение подходящим оптическим излучением от разрядных или импульсных ламп. Пока эти способы широко не используются, но они являются многообещающими. Однако тот факт, что эффективность преобразования энергии в лазере на углекислом газе при разрядном возбуждении превышает 20 процентов, является серьезным препятствием на пути внедрения иных способов возбуждения. [c.69]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...