Отпаянные СО2 лазеры

Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана

 

 

 

Реферат по теме

«Отпаянные СО2 лазеры»

 

 

Выполнил: Дубко П. В.

Группа: МТ 12-91

Проверил: Васильцов В. В.

 

 

Москва. 2006 г.

Содержание.

1. Введение.

 

 

2. ИЛГН 802

 

 

3. ROFIN SC серии

 

 

4. UltraPulse Encore

 

 

5. «L Designer» С25

Введение.

Газовые лазеры представляют собой, пожалуй, наиболее широко используемый в настоящее время тип лазеров и, возможно, в этом отношении они превосходят даже рубиновые лазеры. Газовым лазерам также, по-видимому, посвящена большая часть выполненных исследований. Среди различных типов газовых лазеров всегда можно найти такой, который будет удовлетворять почти любому требованию, предъявляемому к лазеру, за исключением очень большой мощности в видимой области спектра в импульсном режиме. Из всех существующих лазеров (“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”) длительного действия наиболее мощными, продвинутыми в практическом отношении и приспособленными для резки материалов, сварки металлов, термического упрочнения поверхностей деталей и ряда других операций являются электроразрядные СО₂-лазеры. Большой интерес к СО₂-лазерам объясняется также и тем, что у этого лазера эффективность преобразования электрической энергии в энергию лазерного излучения в сочетании с максимально достижимой мощностью или энергии импульса значительно превосходит аналогичные параметры других типов лазеров. С помощью их излучения производят необычные химические реакции, разделяют изотопы.

Газовые лазеры были созданы почти одновременно с рубиновыми лазерами, в том же 1960 году. Их рабочее вещество различные газы, заключённые в стеклянные трубки. Давление газов в этих трубках очень низкое, в сотни раз меньше атмосферного. На концах трубки – окошки, через которые луч света выходит наружу. Трубка также помещается между зеркалами. Всё, как в импульсном лазере, только лампы накачки нет. Газы при низком давлении хорошо проводят электрический ток, поэтому их атомы можно возбуждать электрическим разрядом. Ток проводится через электроды, впаянные в стеклянную трубку. Трубка с возбуждённым газом светится, а из её торцов выходят лучи. Цвет лучей зависит от газа заключённого в трубку.

Разреженный газ в лазерной трубке очень мало рассеивает свет. Размеры трубок газовых лазеров можно делать очень большими: лазер длиной 5–10 метров – вещь довольно обычная. Мощность его излучения может достигать тысячи ватт, то есть одного киловатта.

Газоразрядные СО₂ лазеры с диффузионным охлаждением могут быть отпаянные и слабопрокачные.

Принцип диффузионного охлаждения рабочей смеси газового лазера состоит в отводе тепла, выделяющегося в процессе ла­зерной генерации, за счет процесса молекулярной теплопроводности газа к охлаждаемым стенкам трубки или камеры.

В отпаянном С02-лазере основным элементом конструкции является стеклянная трубка, по торцам которой расположены зеркала резонатора и блок питания. Трубку заполняют активной газовой средой и запаивают. Трубка имеет определенный срок службы, после чего должна быть заменена новой.

СО₂-лазер с диффузионным охла­ждением рабочей смеси (см рис.1) со­стоит из охлаждаемой водой разрядной трубки 3, внутри которой с помощью системы электродов 1 создается газо­разрядная плазма 4. По торцам раз­рядной трубки размещаются зеркала резонатора: глухое 3 и полупрозрачное 5.

Рис1

 

 

Стабильность усилительных свойств среды в течение длительного временя поддерживается слабой про­качкой лазерной смеси или размеще­нием внутри лазера регенерирующего элемента. В диффузионных лазерах используется, как правило, смесь СО₂ : N₂ : Не в соотношениях, близ­ких к 1 : 1 : 3 или 1:1:6, при полном давлении 2,7 ... 5,3 кПа.

Основным процессом, ограничива­ющим объемный энерговклад в диффу­зионных СО₂-лазерах, является охла­ждение рабочей смеси. Предельную мощность излучения лазера можно оценить с помощью соотношения

, где

L₀ — активная длина разрядной трубки

— коэффициент теплопро­водности рабочей смеси

Т_тах — ма­ксимально допустимый нагрев рабо­чей смеси (см. п. 2.7)

— темпера­тура стенки трубки

— электро­оптический кпд.

Как видно из соотношения, удель­ная мощность излучения лазера, сни­маемая с единицы длины газоразряд­ной трубки (Р_л/L₀), не зависит от давления рабочей смеси и радиуса трубки. Предельные значения этого параметра составляют Р_л/L₀ 50 ... 100 Вт/м, что достигается использова­нием рабочей смеси с высоким содер­жанием гелия (большое ).

Из конструктивных и электротехнических соображений диффузионные лазеры с большой длиной активной среды целесообразно изготовлять в виде ряда более коротких трубок (см рис. 2).

 

 

 

 

Рис 2

 

Последовательное про­хождение излучения через эти трубки обеспечивается системой поворотных зеркал, объединяющих их в общий резонатор. Разрыв трубок и связанные с этим потери излучения приводят к до­полнительному ограничению общей длины активной среды L_о. В промыш­ленных технологических лазерах L_о, как правило, не превышает 40 м. Поэтому мощность однолучевых СО₂-лазеров с диффузионным охла­ждением составляет обычно 0,1 ... 1 кВт.

Рост удельной мощности Р_л/L₀ воз­можен лишь в том случае, если увели­чение объема активной среды не будет сопровождаться падением скорости теплоотвода. Такая ситуация возмож­на, например, в газоразрядном зазоре щелевой конструкции. Газоразрядные камеры (ГРК) с кольцевой гео­метрией щели (рис.1, б) также используются в СО₂-лазерах техно­логического назначения.

С момента создания пер­вого СО₂-лазера с диффузионным охла­ждением следствие конструк­тивной простоты эти лазеры выпуска­ются практически во всех технически развитых странах мира. Отсутствие внутренних источников вибрации, воз­можности пассивной и активной ста­билизации резонатора позволяют обеспечить высокий уровень энерге­тической, частотной и угловой ста­бильности выходного излучения лазе­ров этого типа. Хорошее согласование осевой симметрии активной среды и резонатора позволяет обеспечить надежную селекцию поперечных мод и выделение низшей моды ТЕМ₀₀. Эти особенности ЛДО обусловливают их достоинства с позиции использова­ния для задач лазерной термической технологии.

 

Достоинства ЛДО:

1. Пучок их излучения легко трансформируется и фокусируется в пятно размером 50..100 мкм, что позволяет получить интенсивность излучения в пятне свыше 10⁷ Вт/см².

2. Ось пучка сохраняет стабильное угловое положение благодаря ее совпадению с осью симметрии профиля ненасыщенного коэффициента усиления активной среды. Это позволяет контролировать с высокой точностью местоположение сфокусированного пучка на обрабатываемом изделии.

3. Малая апертура генерируемого пучка (10..30мм) позволяет использовать относительно дешевые оптические элементы, механические узлы и приводы.

Технологический лазер с высоким качеством пучка излучения, генерирующий пучок с гауссовым радиальным распределением интенсивности, соответствующим поперечной моде ТЕМ₀₀, условно называются одномодовым.

Одномодовые ЛДО используются прежде всего при прецизионной лазерной обработке, гравировке, пробивке отверстий (т. к. она ,как правило, меют импульсно-переодический режим генерации), а акже при лазерной сварке и поверхностной термической обработке. Одномодовые ЛДО нашли широкое применение в разнообразных отраслях лазерной медецины.

Кроме того, ряд преимуществ имеют так называемые отпаянные лазеры.

ЛДО с отпаянным активным элементом наиболее просты и удобны в работе , так как они не требуют подпитки рабочей смеси. Одним из определяющих параметров этих лазеров является долговечность активного элемента. Она зависит прежде всего от съема энергии излучения с единицы длины разрядной трубки, материала электродов, наличия резервного газового объема, исходного состава газов и системы восстановления рабочей смеси в процессе работы. При оптимальном подборе этих параметров в современных отпаянных ЛДО достигнут ресурс 5…10 тыс. часов при энергосъеме 10…20 Вт с 1 м длины разрядной трубки. Лазеры этого типа в нашей стране выпускаются мощностью до 200 Вт.

В отпаянных для регенерации молекул СО₂ из СО в газоразрядную камеру помещается катализатор, для чего в газовую смесь помещают небольшое количество воды (~ 1%). Регенерация идет по следующей реакции:

СО* + ОН СО₂* + Н

(СО * и СО₂* - колебательно-возбужденные молекулы). Иногда роль катализатора выполняет нагретый до 300 ⁰С никелевый катод. Долговечность этих лазеров 10⁴ часов, W_л = 60 Вт/м.

 

 

ИЛГН-802

С рабочей смесью Xe:CO2:N2:He=0,25:1:1,5:10 . Принцип действия излучателя основан на способности активной среды из смеси… Основными элементами излучателя являются: разрядные трубки, поворотные узлы, оптический резонатор и несущая…

Основные технические данные ИЛГН-802.

Электрические параметры и характеристики.

2.Конструктивные параметры.   Излучатель в виде отдельного отпаянного прибора …  

Источник питания ИПЛ-8 газового излучателя ИЛГН-802

Технические характеристики Блока питания Номинальный выходной ток, мА 120,0 Выходное напряжение, кВ … Внешнее управление источником питания обеспечивает: дистанционное …  

UltraPulse Encore - компактная СО2-лазерная система для прецизионной абляции, вапоризации, резки и коагуляции мягких тканей.

Области применения: Гинекология Оториноларингология Дерматология Нейрохирургия Педиатрия Пластическая хирургия Общая хирургия и др.… Преимущества: Прочный металлический корпус делает систему устойчивой к…  

L Designer» С25

По сравнению с газовыми лазерами планшетного типа открытое исполнение лазерного гравера «L Designer» С25 дает следующие преимущества:   Высокая скорость маркировки благодаря… Некоторые области применения лазерного гравера «L Designer» С25:

Литература.

1.«Технологические лазеры» под ред. Абильситова, т.2

 

2. Техническое описание «Отпаянный СО₂-излучатель ИЛГН-802»

 

3. А. Блум. Газовые лазеры

 

4. Интернет сайт медицинской техники http://www.elite-med.ru/cat/esc/co2.htm

 

5. Интернет сайт www.laserapr.ru

 

6. Интернет сайт www.solto.ru

 

7. Интернет сайт www.istok-mw.ru и др.