منو
 صفحه های تصادفی
دانشگاه آزاد اسلامی استان یزد
امام علی علیه السلام و آزادسازی یک جانبه اسیران صفین
ساختمان آتشفشان
قوریاغه سبز
حیة الماء «صورت فلکی»
تفاوتهای رفتاری زن و شوهرهای شادکام و ناراضی
تجدید وحدت سیاسی و ملی و مذهبی در عهد صفوی
تیره گزیریداسه
تاریخ تحولات فکری و دین پژوهی در غرب
کروماتوگرافی تبادل یونی
 کاربر Online
691 کاربر online
تاریخچه ی: لیزر گاز دی اکسید کربن

نگارش: 1

نگاه اجمالی

لیزر دی‌اکسیدکربن از مهمترین لیزرها در نوع خود است و از نظر کاربردهای فنی می‌توان آنرا در زمره مهمترین لیزرها قرار داد. این لیزر با کارآیی بالای (تا 30%) و توان بسیار زیاد و توان خروجی پیوسته حدود چندین کیلومتر است ساخته شده است. کاربردهایی از قبیل جوشکاری و برشکاری استیل ، الگوبری ، نظامی و جوش هسته‌ای برای لیزر ممکن است.

تئوری لیزر دی‌اکسید کربن

انتقالات لیزری این لیزر از سایر لیزرهایی که تا کنون بررسی شد متفاوت است، چرا که ترازهای انرژی از ترازهای مجزای ارتعاشی و چرخشی مولکول CO2 حاصل می‌شود. ارتعاشات مولکول CO2 اصولا با سه نوع یا مد متقارن ، خمشی و غیر متقارن نامگذاری می‌شود. هر یک از این ارتعاشات کوانتیزه شده است، بدین معنی که انرژی مولکول وقتی در یکی از این حالتهای انرژی قرار دارد با جمع چندگانه بعضی از مقادیر اصولی بدست می‌آید. می‌توانیم حالت خاص مولکول را با بیان اعداد کوانتومی نشان دهیم.

بطور کلی با توجه به سه حالت یا مد به سه سری از این اعداد نیاز داریم، اعداد با توجه به ترتیب و با توجه به نامگذاری بالا قرار داده می‌شوند. بدین طریق (0 و 3 و 0) به حالتی اشاره دارد که مولکول در حالت ارتعاش در مد خمشی و با سه واحد انرژی ارتعاشی است. علاوه بر ارتعاش کردن ، کل مولکول می‌تواند حول مرکز جرم چرخش نماید. ولی مقادیر انرژی چرخشی بسیار کوچکتر از بسته‌های انرژی ارتعاشی است و نتیجه اینکه ترازهای انرژی چرخشی بسیار کوچکتر از بسته‌های انرژی ارتعاشی است و نتیجه اینکه ترازهای انرژی ارتعاشی به تعدادی ترازهای چرخشی بسیار نزدیک بهم که با اعداد کوانتومی g نامگذاری می‌شود تبدیل می‌شود.

مکانیزم لیرز دی‌اکسید کربن

همانند لیزر He - Ne تحریک با دو مرحله انجام می‌گیرد، ولی در اینجا ازت جای هلیوم را می‌گیرد. اولین ترازهای ارتعاشی (001) مولکول CO2 است. ترازهای ارتعاشی (001) آغازگر تعداد زیادی از خطوط لیزری بین 9.2 و 10.8 میکرون می‌باشند. که قویترین آنها طول موج 10.6 میکرون است. اولین حالت تحریکی ازت تقریبا حدود 3.0 الکترون ولت بالاتر از حالت پایه قرار دارد که این مقدار برای He در لیزر هلیوم - نئون 20 الکترون ولت، بود. الکترونها با انرژی 5.0 الکترون ولت در تخلیه الکتریکی نسبت به الکترونهای با انرژی 20 الکترون ولت بیشتر وجود دارند.

مقایسه مواد ازت و دی‌اکسید کربن

علاوه بر اینکه حالت ازت تحریکی، ازت شبه پایدار است، بطوری که پس از تحریک مولکول ، ازت قبل از بازگشتن به حالت پایه از طریق گسیل خودبخودی با انتقال انرژی خود به مولکول دی‌اکسید کربن آن را تحریک می‌نماید. افزایش سومین گاز ، یعنی هلیوم به افزایش کارآیی بیشتر کمک می‌کند. هلیوم از چند راه ، مثلا با انتقال انرژی به دیواره‌های لوله و با کاهش دادن جمعیت ترازهای پایینتر لیزر این عمل را انجام می‌دهد. مقدار نسبی گازها به نوع سیستم لیزر بستگی دارد، ولی اصولا مقدار گاز ازت و گاز دی‌اکسید کربن یکسان است و مقدار هلیوم از این دو نیز بیشتر است.

مقیاس لیزر دی‌اکسید کربن

عموما لیزرهای دی‌ اکسید کربن که به صورت مداوم برای مدت کوتاهی کار می‌کنند در فشار کلی حدود 10 میلیمتر جیوه و لیزرهای فرمانی با انرژی بالا در فشارهای بسیار بالاتر عمل می‌کنند. طرحهای مختلفی بسته به توان و کیفیت باریکه لیزر مورد نیاز ممکن است ساخت.

مشکلات لیزر دی‌اکسید کربن

مشکلی که برای این لیزرها مشخصا برای لیزر دی‌اکسید کربن وجود دارد. این است که در جریان تخلیه الکتریکی مولکولهای CO2 به CO تبدیل می شوند. این واکنش خیلی سریع است و اگر تمهیداتی به کار گرفته شود عمل لیزر پس از چند دقیقه متوقف می شود. یکی از راهها این است که هیدروژن یا بخار آب به مخلوط گاز اضافه کنیم تا با ترکیب مجدد با CO یا CO2 تبدیل شود.

سرد کردن گاز یکی دیگر از مشکلاتی است که می‌توان خروجی لیزر را به 100 وات محدود می‌کند. طرحهای لوله بسته خیلی مرسوم نیستند، ولی در طرح موجبر بکار گرفته می‌شوند. در موجبرها ابعاد داخلی لوله کوچک هستند. (حدود میلیمتر) و موجبر دی الکتریک را بوجود می‌آورند. کیفیت پرتوهای خروجی نسبتا زیاد با توجه به قطره‌های کوچک لوله بدست می‌آید. تحریک توسط تخلیه الکتریکی و یا میدان RF قوی که به داخل ماده موجبر هدایت می‌شود انجام می‌گردد. در طرح RF لازم نیست هیچگونه فلزی داخل موجبر قرار گیرد.

رفع مشکل لیزر دی‌اکسید کربن

در شکل تجزیه CO2 و سرد کردن را می‌توان با حرکت گاز در سرتاسر لوله لیزر بر طرف نمود. در طرحی ساده‌تر جریان گاز تخلیه الکتریکی هر دو در سرتاسر محور لوله لیزر انجام می‌شود. اگر اقدامی برای تبدیل مجدد گاز نشود باید گاز بطور مداوم به بیرون جریان یابد. ولی از آنجایی که فشارهای گاز مصرف شده به بیرون و یا برای ترکیب مجدد گاز بکار گرفته می‌شود. توان خروجی این لیزرها که به صورت داخلی خطی با افزایش طول لیزر افزایش می‌یابد. حدود 60 وات به ازاء هر متر است، ولی برای توانهای خروجی بیشتر از چندین کیلو وات بطول بسیار زیادی نیاز است. افزایش ماکزیمم توان خروجی با جریان عرضی و سریع گاز ممکن خواهد بود. تخلیه الکتریکی را نیز می‌توان به صورت عرضی اعمال نمود.

طرح شماتیک لیزر دی‌اکسید کربن TEA

افزایش ماکزیمم توان خروجی ، جریان عرضی و سریع گاز ممکن خواهد بود. تخلیه الکتریکی را نیز می‌توان به صورت عرضی اعمال کرد (هم جهت با جریان گاز) ، همانطوری که در شکل نشان داده شده است. این طرح ، امکان توان تا حدود دهها کیلو وات و به صورت مداوم را ممکن می‌سازد، خروجیهای بیشتر نیز امکان دارد. لاکن ابعاد بزرگ لیزر و نتایج تغذیه مورد نیاز آن ، کاربری آن را در صنعت با مشکل همراه می‌سازد. لذا چنین لیزرهای پرقدرتی برای صنعت طراحی نمی‌شود، گر چه استفاده از آنها در کاربردهای خاصی مهم می‌باشد.

لیزرهای با تخلیه عرض و در فشار اتمسفر (TEA)

تاکنون برای افزایش توان خروجی لیزر CO2 طول و سرعت جریان گاز افزایش دادیم. اما یک راه برای افزایش توان خروجی لیزر افزایش فشار گاز است. متأسفانه با افزایش فشار به ولتاژ بسیار زیادی برای تخلیه الکتریکی و تحریک گاز نیاز است و تجهیزات مورد نیاز عظیم خواهد شد. برای مثال در فشار اتمسفر شکست 1.2 کیلو وات به ازای هر میلیمتر می‌باشد. لذا در این فشار تخلیه الکتریکی در لوله‌های به طول چند میلیمتر بسیار مشکل خواهد بود. از سوی دیگر تخلیه الکتریکی عرضی برای طول حدود 10 میلیمتر با این حدود قابل قبولتر است. عمل لیزر بطور مداوم (CW) نیز مشکلاتی را به دلیل عدم پایداری تخلیه در فشارها بالاتر از 100 میلیمتر جیوه به همراه خواهد داشت.

مباحث مرتبط با عنوان




تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 چهارشنبه 14 تیر 1385 [14:13 ]   2   مجید آقاپور      جاری 
 پنج شنبه 20 مرداد 1384 [16:43 ]   1   حسین خادم      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..