Nguyên lý hoạt động của Laser CO2

1/ Laser là gì ?

Laser là thuật ngữ do người Mỹ đặt ra và là từ đại diện cho khuếch đại ánh sáng. Đơn giản hơn nó có nghĩa là Light Amplicaation by stimulted emission of radiation-Laser. Một nguồn tia laser có thể phát ra các electron với bước sóng từ cực tím tới hồng ngoại. Nghĩa là bước sóng từ Laser con người sẽ không thể nhìn thấy được. (400-750 nm). Nhưng dù gì, laser và được gọi là chùm tia ánh sáng.

1.1/ Kích thích phát sáng

Trong quá trình kích thích tia sáng, một Photon ( một đơn vị năng lượng phát tia nhỏ nhất) và nó sẽ gặp nguyên tử hoặc phân tử và từ đó kích hoạt electron ở mức năng lượng thấp.

Các photon cứ va chạm với electron và tạo các bước sóng thay đổi liên tục và từ đó sẽ chuyển mức năng lượng cho các tia.
Và cứ thế quá trình sẽ phát sinh ra nhiều photon mới với cùng hướng cũng mức năng lượng, nên nó cũng được gọi là chùm tia ( laser beam).


Chùm tia sẽ tăng lên, mà trước đó chỉ có một photon, và nó cứ thế nhân đôi lên khi gặp các nguyên tử, phân tử. Và cứ thế tia laser sẽ được nhân lên, cho nên càng về đoạn cuối của ống laser tia sẽ mạnh hơn. Đó cũng là lý do các ống phóng laser co2 công suất lớn thì chiều dài của ống phóng cũng lớn theo. Đó cũng là lý do laser được xem là khuếch đại ánh sáng.

1.2/ Cơ chế hoạt động của Laser CO2

Với laser Co2, các phân tử Co2 phát ra ánh sáng laser. Nó gồm 1 nguyên tử cacbon và 2 nguyên tử Oxi, tạo thành một chuỗi liên kết với Cacbon ở giữa hai nguyên tử oxi. Nếu phân tử bị kích thích chúng sẽ dao động. Các cấp độ dao động khác nhau tùy vào mức năng lượng được cung cấp, và nó thường gồm 4 mức tốc độ.

Nhưng với laser công nghiệp ( mức năng lượng trung bình và cao) thì ngoài phân tử khí Co2 nó còn bao gồm các loại khí khác như Helium, Nitrogen. Helium và Nito sẽ tạo ra khí, nó sẽ hỗ trợ quá trình hoạt động của tia laser.

Các electron tự do sẽ được tạo ra và được kích hoạt trong hỗn hợp khí ở mức điện áp cao cũng như tần số dòng điện thay đổi liên tục. Và electron này cũng đẩy Nito, rồi phân tử nito cũng bắt đầu dao động, khi đó nó cũng tác động vào phân tử khi laser và đưa laser lên mức năng lượng cao hơn. khi laser trở về trạng thái ổn định, chúng phát sinh dòng tia với bước sóng 10.6 micro met


Từ đây chúng sẽ phát nhiệt và trở về trạng thái ban đầu, Lúc này chỉ có phân tử khí Helium hoạt động, chúng sẽ hập thụ nhiệt và giảm nhiệt ngay lập tức trong ống phóng laser.

2/ Máy Laser CO2

2.1/ Cấu tạo

Laser CO2 là một loại laser khí. Trong thiết bị này, điện được chạy qua một ống chứa đầy khí, tạo ra ánh sáng. Các đầu của ống là gương; gồm vài gương phản xạ và cuối cùng là gương hội tụ để tạo ra năng lượng cắt. Hỗn hợp khí thường bao gồm carbon dioxide, nitơ, hydro và helium. Ánh sáng được tạo ra bởi laser CO2 là vô hình, nằm trong phạm vi trên hồng ngoại của phổ ánh sáng.

2.2/ Cách tạo chùm tia laser

Khi được kích thích bởi một dòng điện, các phân tử nitơ trong hỗn hợp khí trở nên kích hoạt, nghĩa là chúng thu được năng lượng. Nitơ được sử dụng vì nó có thể giữ trạng thái kích thích này trong thời gian dài mà không thải năng lượng dưới dạng photon, hoặc ánh sáng. Các rung động năng lượng cao của nitơ lần lượt kích thích các phân tử carbon dioxide. Tại thời điểm này, tia laser đạt được trạng thái gọi là đảo ngược dân số, điểm mà tại đó một hệ thống có nhiều hạt kích thích hơn so với trạng thái không kích thích. Để tia laser tạo ra chùm tia sáng, các nguyên tử nitơ phải mất trạng thái kích thích bằng cách giải phóng năng lượng dưới dạng photon. Điều này xảy ra khi các nguyên tử nitơ bị kích thích tiếp xúc với các nguyên tử helium rất lạnh, khiến nitơ giải phóng ánh sáng.

Ánh sáng được tạo ra rất mạnh so với ánh sáng bình thường vì ống khí được bao quanh bởi gương, phản xạ phần lớn ánh sáng truyền qua ống. Sự phản xạ ánh sáng này làm cho sóng ánh sáng được tạo ra bởi nitơ tạo ra năng lượng. Ánh sáng tăng lên khi nó truyền qua lại qua ống, chỉ phát ra sau khi đủ sáng để đi qua gương phản xạ

2.3/ Laser có thể cắt được những vật liệu nào?

Ánh sáng từ laser CO2 đủ mạnh để cắt nhiều vật liệu, bao gồm vải, gỗ và giấy; các laser CO2 mạnh nhất được sử dụng để gia công thép và các kim loại khác. Mặc dù các laser CO2 có công suất cao nhất đến trên 1.000 W, những loại được sử dụng để gia công thường nằm trong khoảng từ 25 đến 100 W; bằng cách so sánh, con chuột laser là một phần nghìn của một watt. Bởi vì nó ở trong vùng hồng ngoại, nó có bước sóng rất dài, khoảng 10,6 micromet; nó dài hơn nhiều so với ánh sáng môi trường, nằm trong khoảng 450 đến 700 nanomet.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *