تئوری ساخت لیزر گازی co2

[armin khatar]

راه دیگری که در انتقال پرتو ها مفید است استفاده از تارهای نوری موج بر است که می توانند با قابلیت انعطاف پذیری خود ، پرتو را به نقاط مختلف انتقال دهند.
اصولا این تارهای نوری دارای قطرهای کوچک ، از جنس شیشه یا کوارتز هستند و دارای یک هسته مرکزی با ضریب شکست بزرگتر از محیط اطراف خود می باشند.پرتو نور قادر به حرکت در داخل هسته مرکزی به صورت زیگ زاگ به دلیل بازتاب کلی از فصل مشترک هسته مرکزی با جداره می باشد.
متاسفانه این روش برای طول موجهای تا 1.6 میکرون به کار می رود . چون میزان جذب برای طول موج های بزرگتر زیاد است ، از این روش برای انتقال پرتو در لیزر co2 نمی توان استفاده کرد .

[armin khatar]

ولتاژها:
همان طور که قبلا نیز بیان شد ، دمش در لیزر های گازی از نوع تخلیه الکتریکی است که توسط ولتاژ های بالا انجام می شود .از آنجا که دمش در لیزر های co2 طی دو مرحله انجام می شود ، بنابر این ابتدا باید توسط تخلیه الکتریکی ولتاژ بالا اتم های نیتروژن را تحریک کنیم تا به حالت برانگیخته برسند و با انتقال انرژی خود به مولکول های co2 عمل لیز آغاز شود .
اوین حالت تحریکی ازت تقریبا در 0.3 الکترون ولت است . بنا بر تجربه برای شروع عمل لیز به 2 الکترون ولت انرژی نیاز دارد .
لازم به ذکر است که لیزر های co2 با جریانDC یا جریان متناوب AC با فرکانس خیلی پایین کار می کند. البته جریان های AC در لیزر هایی استفاده می شود که به صورت ضربانی دمش می شوند و خروجی ناپیوسته دارند .
در مورد لیزر های co2 ولتاژی را برابر با 10 تا 15 کیلو ولت DC به ازای هر متر تخلیه الکتریکی استفاده می کنیم . که حدود جریان الکتریکی ما بین 10 تا 15 میلی آمپر است .
برای ایجاد جریان DC می توانیم از یکسو کننده های جریان AC استفاده کنیم تا به ولتاژ آغازین 10 کیلو ولت برسیم .
در لیزر های co2 نیاز نداریم که از سیستم های ولتاژ بالا با قابلیت تنظیم استفاده کنیم . اما استفاده کردن از چنین سیستمی که قابلیت تنظیم ولتاژ خروجی را داشته باشد برای تنظیم قدرت خروجی لیزر مناسب ست.چرا که هر چه ولتاژ بالاتری به کار ببریم ، عمل لیز با قدرت بیشتری انجام می شود.
ولتاژ بالای اعمال شده به دو سر تیوپ لیزر اعمال می شود ، یک میدان یکنواخت در سر تا سر لوله ایجاد میکند و الکترونها در این میدان شتاب می گیرند و با برخورد به دیگر اتم ها آنها را تحریک می کنند.

[armin khatar]

گاهی اوقات قبل از عمل تخلی گاز را کمی یونیزه می کنند . این عمل به کمک یک پالس ولتاژ بالا که به یکی از الکترود ها اعمال می شود یا به کمک ی سیم کوتاه که به دور لوله پیچیده شده ، انجام می گیرد . در این روش هم الکترون ها و هم یون ها و هم مولکول های خنثی در محیط وجود دارند . الکترونهایآزاد توسط میدان الکتریکی شتاب گرفته و به سمت آنود حرکت می کنند.
نکته ای که به هنگام تنظیم ولتاژ مناسب در نظر می گیریم این است که ولتاژ اعمال شده را از مرز 15 کیلو ولت آغاز میکنیم . ولتاژ را اندک اندک افزایش میدهیم تا یک باریکه نوری موازی و درخشان در مرکز کاواک لیزر مشاهده شود . در چنین حالتی ولتاژ اعمال شده ولتاژ مناسبی است.
لازم به ذکر است که استفاده از ولتاژ های بالا به مراقبت بسیار زیادی نیاز دارد .
از سیم های رابط عایق استفاده کنید و هر جا که سیم پوشش خود را از دست می دهد آان را عایق کنید . سیستم ولتاژ بالا و خود دستگاه لیزر باید بر روی پایه های محکم و بدون لغزش نصب شده باشد تا از هر گونه لغزش و خطر احتمالی برخورد سیم ها جلو گیری شود.
به هنگام کار کردن با چنین سیستمی بسیار دقت کنید تا سیمهای کاتد و انود 2 اینچ به ازای هر 10 کیلو ولت از هم فاصله داشته باشند. تا از هر گونه جرقه زدن و اتصال کوتا اجتناب شود.

[armin khatar]

الکترود ها :
یکی از مهمترین اجزای یک لیزر الکترود های آن می باشد. همان طور که قبلا نیز اشاره شد ، الکترود ها با آزاد کردن الکترون هاب اولیه نقش مهمی در شروع عمل لیز ، ایفا می کنند . در لیزر های مختلف ، انواع متعددی از الکترودها استفاده می شود. در لیزر های co2 به طور معمول از الکترود هایی از جنس آلو مینیوم استفاده می شود. چراکه آلومینیوم دارای الکتونهای ظرفیت مناسب جهت ازاد شدن توسط ولتاژ بالا می باشد . همچنین از انجا که سطح الومینیوم همیشه پوشیده از یک لایه اکسید آلومینیوم است این امر به ازاد کردن الکترون های بیشتری کمک می کند. در طرح لیزر از ورقه های نازک و انعطاف پذیر آلومینیوم برای ساخت کاتد و آنود استفاده می کنیم . روش کار به این صورت است که درو قطعه ورقه الومینیوم با عرض 3 و طول 15 سانتی متر تهیه می کنیم . سپس این ورقه ها را به شکل استوانه هایی هم قطر با تیوپ لیزر یعنی به قطر 2.5 سانتی متر لوله می کنیم و در دو انتهای تیوپ لیزر فرو میکنیم . سپس یک سانتی متر از هر طرف را از لوله خارج کرده و بر روی خود تیوپ خم می کنیم . پس از اتصال سیم های رابط جریان به ورقه های آلومینیوم ، آن قسمت از تیوپ را که ورقه های آلومینیوم بر روی آن تا خورده به شدت عایق بندی می کنیم تا از هرگونه تماس با آن ها غیر ممکن شود .
لازم به ذکر است ، سیتم آینه ها و پیچ های تنظیم که قبلا توضیح داده شد باید پس از عایق بندی الکترود ها و لوله کاواک به انتهای لیزر متصل شود. چراکه اگر بدون عایق بندی عمل شود ، خطر برق گرفتگی وجود دارد.

[armin khatar]

محاسبه تقریبی توان لیزر :

لیزر های گونتگون با نوجه به سیستمی که در ساخت آنها به کار برده شده از قبیل : نوع ماده لیزی ، طول کاواک لیزر ، روش های گوناگون دمش و نوع سیستم خنک کننده دارای توان های خروجی متفاوتی هستند.
برای محاسبه توان خروجی لیزر روش های گوناگونی وجود دارد که بسیاری از آنها حاوی فرمول های سخت و پیچیده است و نیاز مند اطلاعات دقیقی از قسمت های مختلف دستگاه می باشد .
در اینجا یک راه پیشنهادی و ساده جهت محاسبه توان تقریبی لیزر ارائه می شود که می تواند مفید باشد .
جهت محاسبه توان خروجی، پرتوی لیزر را به یک مایع که ظرفیت گرمایی آن برای ما مشخص است می تابانیم و در مدت زمان تابش ، تغییرات دمایی را اندازه می گیریم . با محاسبه انرژی گرمایی می توان توان خروجی لیزر را از رابطه معروف p=w/t بدست آورد . یکی از مناسب ترین مایعاتی که می توان از آن استفاده کرد آب می باشد . چرا که ظرفیت گرمایی آن مشخص است و به راحتی در دسترس می باشد . اما برای محاسبه توان دقیق باید ضریب بازتابش سطح آب را نیز به هنگام محاسبات در نظر بگیریم .چرا که مقداری از پرتوی تابیده شده به سطح آب ، توسط سطح بازتابیده می شود . استفاده از مایعاتی با ظریب بازتابش کمتر ، محاسبات را دقیقتر می کند

[armin khatar]

تلفات لیزر :

راه های متفاوتی برای اتلاف در لیزر وجود دارد که به کاهش توان خروجی لیزر منجر می شود . در زیر به برخی از آنها اشاره می شود که تلاش برای رفع هر کدام از موارد ذکر شده باعث افزایش توان خروجی لیزر است .
- جذب و پراکنده کردن نور توسط آینه ها .
- پراش از لبه آینه ها .
- عبور نور از آینه ها قبل از رسیدن به حد آستانه تابش .
- پخش و پراکندگی پرتوها توسط ماده لیزری به دلیل عدم یک نواختی ماده از نظر اپتیکی .
- جذب ماده لیزری و گسیل تابش هایی که مورد نظر ما نیست.
- کاهش توان خروجی به دلیل گرمای حاصله از عمل لیز که میتواند باعت بالا رفتن دمای آینه ها ، کاواک لیزر و یا الکترود ها شود .
- کاهش توان خروجی به دلیل عدم وجود خلا کامل در کاواک قبل از جریان دادن گاز درون کاواک.
تعدادی از عوامل اتلاف ذکر شده از جمله تلفات ناشی از گرم شدن سیستم و یا پراش از لبه های آینه ها قابل رفع است که قبلا در مورد آنها توضیح داده شد . تعدادی دیگر از عوامل نیز با استفاده از مواد مناسب در ساخت لیزر قابل رفع است .
به طور کلی هر جه بیشتر بتوانیم در رفع عوامل بالا تلاش کنیم ، توان خروجی بیشتری خواهیم داشت .

[armin khatar]

ایمنی لیزر :

بیشتر لیزر ها تابشی گسیل می کنند که با احتمال خطر همراه است . درجه خطرناکی لیزر به مشخصات خروجی لیزر ، طریقه استفاده و تجربه فردی که از آن استفاده می کند بستگی دارد .
از مشخصه های تابش لیزر جمع شوندگی پرتوی آن است . این امر به همراه انرژی بالای لیزر می تواند انرژی زیادی به بافت های فیزیو لوژیکی بدن منتقل کند.از آنجا که پرتو های لیزر دارای طول موج های متفائتی هستند ، می توانند به بافت های مختلف بدن با توجه به قابلیت جذب آنها آسیب برسانند . جذب تابش باعث افزایش دما می شود و به قطع شدن اتصالات مولکولی می انجامد .
یکی از آسیب پذیر ترین قسمت های بدن تا آنجا که به تابش لیزر مربوط می شود ، چشم انسان است . این امر به این دلیل است که عدسی چشم ، پرتوی تابیده شده از لیزر را در ناحیه ای به شعاع حدود چندین برابر طول موج لیزر با چگالی بالای انرژی متمرکز می کند .
میزان خسارت به طول موج بستگی دارد به طوری که تابش در نواحی ماورائ بنفش و مادون قرمز که توسط قرنیه جذب می شود ، باعث صدمه دیدن آن می شود و جذب در ناحیه مریی باعث آسیب دیدن شبکیه می گردد.
این جذب ها توسط چشم می تواند به سوختگی یا نقص بینایی منجر شود .
پوست می تواند بیشتر از چشم مورد تابش قرار گیرد . پوست ممکن است در تابندگی سطح بالا تاول بزند و یا آسیب کمتری ببیند . در مورد پوست هم میزان خسارت به طول موج تابش و میزان جذب بستگی دارد به یژه در محدوده پرتوهای ماورائ بنفش .
معمولا مکان هایی که دستگاه های لیزر در آن ها قرار دارد ، با چراغ های اخطار و متوقف کننده های پرتو تجهیز می شوند . در این مکان ها از موادی که بازتاب کننده پرتو هستند نیز استفاده می گردد . به هنگا کار کردن با لبزر ها باید از عینک های محافظ چشمی استفاده کرد و با توجه به اینکه در لیزر ها معمولا از مولد های ولتاژ بالا استفاده می شود ، رعایت نکات ایمنی در این مورد نیز ضروری می باشد .