Print deze pagina
PrintversieHet medium van de CO2-laser is koolzuurgas (CO2, zuiverheid 4.5) waaraan stikstof (N2, zuiverheid 5.0) en helium (He, zuiverheid 4.6) is toegevoegd. Stikstof is nodig om de CO2 moleculen in de geëxciteerde toestand te brengen. Het helium is nodig om warmte af te voeren.
Doordat het lasermedium gasvormig is, kan de energie die nodig is voor het opwekken van de laserstraling (pompmechanisme) via een gasontlading in het medium worden "gepompt". Dit kan middels elektroden waardoor een gelijkstroom (DC) stroomt of middels "condensator" platen waarover een wisselspanning (AC) wordt gezet. Bij deze laatste methode spreekt men ook wel over Radio Frequentie (RF) of Hoge Frequentie (HF) geëxciteerde CO2-lasers. HF lasers kunnen in het algemeen hogere pulsfrequenties leveren (meer dan 5kHz) dan DC lasers (tot circa 1kHz). CO2-lasers kunnen worden bedreven in CW, puls- of superpuls mode. De pulsduur in puls-mode is gewoonlijk langer dan 0.1 ms, terwijl in superpuls-mode 10 tot 500 ms pulsen opgewekt kunnen worden met hogere pulsvermogens dan in puls-mode.
Het energetisch rendement van de CO2-laser is 10 tot 15 %. De verlieswarmte (85 tot 90 %) wordt afgevoerd door het rondpompen van het gas via een warmtewisselaar. Hierbij maakt men onderscheid naar dwarsstroom-lasers, langsstroom-lasers en diffusie gekoelde lasers, zie figuren onderstaande drie figuren.
Dwarsstroom CO2 laser met een optisch stabiele resonator, M 2<=7.
Bron: dictaat Materiaalbewerking met lasers
Langsstroom CO2-laser met stabiele resonator opbouw en vouwspiegels. Door het toepassen van meerdere, in serie geplaatste resonatorbuizen (kwartsglas) kunnen hoge vermogens (meer dan 20 kW) worden opgewerkt.
Bron: dictaat Materiaalbewerking met lasers
Diffusiegekoelde CO2 laser met optische instabiele resonator. De rechthoekige bundel die de resonator verlaat wordt met een bundelvormer circulair gemaakt. M 2 <= 1.25, vermogens tot 3.5 kW.
Bron: dictaat Materiaalbewerking met lasers
In dit laatste type CO2-laser wordt geen gas rondgepompt. Deze laser heeft daarom een relatief laag gasverbruik. De warmte in het medium wordt d.m.v. warmtegeleiding naar de elektroden afgevoerd.
Bovenstaande figuur van de langsstroom CO2 laser toont een resonatorconstructie, waarin de laserbundel (afgezien van de uitkoppelspiegel) binnen de eindspiegel en de uitkoppelspiegel 'gevangen' blijft. Deze resonatorconfiguratie wordt een passieve of optisch stabiele resonator genoemd. Dit in tegenstelling tot optisch instabiele resonatoren, waarin een deel van de laserbundel langs één van de spiegels 'ontsnapt', zoals in de figuren van de dwarsstroom en diffusiegekoelde CO2 laser hierboven.
Om een compacte opbouw van de resonator te verkrijgen, kunnen vouwspiegels worden toegepast zoals getoond in de figuur van de langsstroom CO2 hierboven. Deze spiegels kunnen ook van coatings worden voorzien om een gewenste polarisatie van het laserlicht te verkrijgen.
Gezien de hoge beschikbare vermogens (meer dan 20 kW) worden CO2-lasers veel toegepast voor het snijden en lassen van relatief dikke (meer dan 2 mm) materialen en/of voor het oppervlaktebewerken.
