Најважније из лекције
Подела према средини: чврстотелни (рубин, Nd:YAG), течни (органске боје – подесива таласна дужина), гасни (\(\text{CO}_2\), He-Ne) и полупроводнички (диоде).
Пумпање и хлађење: Оптичко, електрично или хемијско довођење енергије. Нерадијативни прелази загревају средину, па се користи ваздушно, водено или азотно хлађење.
Режим рада: Континуални (сталан рад) и импулсни (велики импулси снаге у трајању реда \(\text{ns}\)).
Примена: Прецизно сечење и обрада материјала без деформације услед велике усмерености и густине енергије.
Пумпање и хлађење: Оптичко, електрично или хемијско довођење енергије. Нерадијативни прелази загревају средину, па се користи ваздушно, водено или азотно хлађење.
Режим рада: Континуални (сталан рад) и импулсни (велики импулси снаге у трајању реда \(\text{ns}\)).
Примена: Прецизно сечење и обрада материјала без деформације услед велике усмерености и густине енергије.
Активна средина ласера може се налазити у чврстом, течном или гасовитом агрегатном стању, као и у облику полупроводника.
| Тип ласера | Активна средина и карактеристике | Примери и примена |
|---|---|---|
| Чврстотелни | Кристалне или стаклене шипке са додатком јона. Топлота при раду може изазвати слабљење ласерског снопа током времена. | Рубински, неодимијумски (\(\text{Nd:YAG}\)), сафирски ласер (допиран титанијумом). |
| Течни | Раствори органских боја. Омогућавају контролисано мењање (подешавање) таласне дужине зрачења у широком спектру. | Ласери са органским бојама за истраживања и вишеструке намене. |
| Гасни | Гасови или смеше гасова. Најзаступљенији тип због приступачне цене израде и стабилног рада на различитим таласним дужинама. | Хелијум-неонски (\(\text{He-Ne}\)), угљен-диоксидни (\(\text{CO}_2\)), аргон-јонски ласер. |
| Полупроводнички | Полупроводничке диоде које користе електричну струју (пражњење) за побуђивање. Једноставни за израду и компактни. | Ласерски показивачи, оптички уређаји (CD/DVD читачи). |
Која врста ласера омогућава континуално подешавање таласне дужине зрачења?
То су ласери са органским бојама (течни ласери), јер широк спектар боја омогућава контролисану промену таласне дужине за различите примене.
Пумпање ласера представља довођење спољашње енергије ради постизања инверзне насељености у активној средини.
- Оптичко пумпање: користи светлосни извор (јаке лампе или друге ласере) за побуђивање честица.
- Електрично пумпање: користи електрично пражњење или пролазак струје кроз активну средину (често код гасних и полупроводничких ласера).
- Хемијско пумпање: користи енергију која се ослобађа у току егзотермних хемијских реакција.
Пошто сви квантни прелази нису радијативни (праћени зрачењем), део уложене енергије прелази у топлоту и загрева активну средину. Да се ласер не би прегрејао и тиме изгубио ефикасност, користи се хлађење (ваздушно, водено или хлађење течним азотом).
Према временском карактеру емисије, ласери се деле на:
- Континуалне ласере: емитују светлост непрекидно током времена са константном снагом.
- Импулсне ласере: емитују светлост у виду кратких светлосних импулса (трајања реда наносекунде, \(1\text{ ns} = 10^{-9}\text{ s}\)). У току једног импулса ослобађа се изузетно велика енергија и постиже огромна снага зрачења.
Због изузетно велике густине енергије импулсних ласера, мере заштите при раду са њима знатно су строже него код континуалних ласера. Радни простори са ласерима морају бити јасно обележени знаковима опасности од ласерског зрачења.
Примена ласера високе густине енергије: Захваљујући високој усмерености и концентрацији енергије, ласери се користе у индустрији за прецизно сечење, заваривање и обликовање материјала. Предност ове методе је у томе што се материјал приликом обраде не деформише.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Који тип ласера је најзаступљенији у свакодневним уређајима попут оптичких читача дискова и показивача, и на ком принципу се они побуђују?
У питању су полупроводнички (диодни) ласери. Они користе електрично пражњење (пролазак електричне струје) у полупроводничкој диоди да би изазвали зрачење.
Задатак 2 (средњи): Због чега се ласери током рада загревају и зашто је неопходно њихово хлађење?
Приликом прелаза честица са виших на ниже енергетске нивое, поједини прелази су нерадијативни (не емитују фотоне), већ се енергија претвара у топлоту. Ово доводи до раста температуре активне средине и слабљења или деградације ласерског снопа, због чега је неопходно применити системе хлађења (ваздух, вода, течни азот).
Задатак 3 (тежак): Упоредите енергетске карактеристике континуалних и импулсних ласера. Која је предност импулсних ласера при обради материјала у индустрији?
Континуални ласери зраче енергију непрекидно и равномерно, док импулсни ласери целокупну енергију емитују у изузетно кратким временским интервалима (реда наносекунди). Због тога импулсни ласери развијају енормну тренутну снагу и изузетно високу густину енергије. У индустријској обради, ова особина омогућава тренутно сечење и бушење без ширења топлоте на околни материјал, чиме се спречава његово механичко и термално деформисање.
