La lunghezza d'onda del laser ad anidride carbonica è?
10600 nm
1082 nm
2940 miglia nautiche
1064 nm
Ans- A 10600 nm Ref- Laser CO2 Definizione: laser a infrarossi basati su una miscela di gas in cui la luce è amplificata da molecole di anidride carbonica Il laser CO2 (laser ad anidride carbonica) è un laser molecolare a gas basato su una miscela di gas come mezzo di guadagno, che contiene anidride carbonica (CO2), elio (He), azoto (N2) ed eventualmente idrogeno (H2), vapore acqueo e/o xeno (Xe). Un laser di questo tipo viene pompato elettricamente tramite una scarica di gas, che può funzionare con corrente continua, con corrente alternata (ad esempio 20-50 kHz) o nel dominio della radiofrequenza (RF). Le molecole di azoto sono eccitate dalla scarica in un livello vibrazionale metastabile e trasferiscono la loro energia di eccitazione alle molecole di CO2 quando collidono con esse. L'elio serve a spopolare il livello laser inferiore e a rimuovere il calore. Altri componenti, come l'idrogeno o il vapore acqueo, possono contribuire (soprattutto nei laser a tubo sigillato) a riossidare il monossido di carbonio (formatosi nella scarica) in anidride carbonica. Figura 1: Configurazione schematica di un laser ad anidride carbonica a tubo sigillato. Il tubo di gas è dotato di finestre Brewster ed è raffreddato ad acqua. I laser a CO2 emettono tipicamente a una lunghezza d'onda di 10,6 mm, ma esistono altre linee nella regione di 9-11 mm (in particolare a 9,6 mm). Nella maggior parte dei casi, le potenze medie sono comprese tra alcune decine di watt e molti kilowatt. L'efficienza di conversione della potenza può essere ben superiore al 10%, cioè è superiore a quella della maggior parte dei laser a gas (grazie a un percorso di eccitazione particolarmente favorevole), superiore anche a quella dei laser a stato solido pompati a lampada, ma inferiore a quella di molti laser pompati a diodo. - Tipi di laser La famiglia dei laser a CO2 è molto varia: Per potenze laser comprese tra pochi watt e diverse centinaia di watt, è comune l'uso di laser a tubo sigillato o senza flusso, in cui il foro del laser e l'alimentazione del gas sono contenuti in un tubo sigillato. Questi laser sono compatti e robusti e raggiungono durate di funzionamento di diverse migliaia di ore. I laser a lastra raffreddati a diffusione ad alta potenza (da non confondere con i laser a lastra a stato solido) hanno il gas in uno spazio tra una coppia di elettrodi RF planari raffreddati ad acqua. Il calore in eccesso viene trasferito in modo efficiente agli elettrodi per diffusione, se la distanza tra gli elettrodi è ridotta rispetto alla loro larghezza. Sono possibili diversi kilowatt di potenza. I laser a flusso assiale veloce e i laser a flusso trasversale veloce sono adatti anche per potenze di uscita a onda continua di diversi kilowatt. Il calore in eccesso viene rimosso dalla miscela di gas a flusso rapido, che passa attraverso un raffreddatore esterno prima di essere utilizzata nuovamente nella scarica. I laser ad atmosfera eccitata trasversale (TEA) hanno una pressione del gas molto elevata (circa atmosferica). Poiché la tensione richiesta per una scarica longitudinale sarebbe troppo alta, l'eccitazione trasversale viene effettuata con una serie di elettrodi lungo il tubo. I laser TEA funzionano solo in modalità pulsata, poiché la scarica di gas non sarebbe stabile ad alte pressioni. Spesso producono potenze di uscita medie inferiori a 100 W, ma possono essere realizzati anche per potenze di decine di kilowatt (in combinazione con elevate frequenze di ripetizione degli impulsi). Esistono laser CO2 gas-dinamici per potenze di diversi megawatt (ad esempio per armi antimissile), in cui l'energia non è fornita da una scarica di gas ma da una reazione chimica in una sorta di motore a razzo. I concetti differiscono principalmente nella tecnica di estrazione del calore, ma anche nella pressione del gas e nella geometria degli elettrodi utilizzati. Nei laser a tubo sigillato a bassa potenza (utilizzati, ad esempio, per la marcatura laser), il calore residuo viene trasportato alle pareti del tubo mediante diffusione o un lento flusso di gas. La qualità del fascio può essere molto elevata. I laser CO2 ad alta potenza utilizzano una rapida convezione forzata del gas, che può avvenire in direzione assiale (cioè lungo la direzione del fascio) o trasversale (per le potenze più elevate). - Applicazioni I laser a CO2 sono ampiamente utilizzati per la lavorazione dei materiali, in particolare per il taglio di materiali plastici, legno, fustellati, ecc., mostrando un elevato assorbimento a 10,6 mm e richiedendo livelli di potenza moderati di 20-200 W per il taglio e la saldatura di metalli come l'acciaio inossidabile, l'alluminio o il rame, applicando potenze di diversi kilowatt per la marcatura laser di vari materiali. Altre applicazioni includono la chirurgia laser (compresa l'oftalmologia) e la ricerca di distanze. I laser a CO2 utilizzati per la lavorazione dei materiali (ad esempio, saldatura e taglio dei metalli o marcatura laser) sono in concorrenza con i laser a stato solido (in particolare i laser YAG e i laser a fibra) che operano nel regime di lunghezza d'onda di 1 mm. Queste lunghezze d'onda più corte hanno il vantaggio di un assorbimento più efficiente in un pezzo metallico e la possibilità di erogare il fascio tramite cavi in fibra. (Non esistono fibre ottiche per i fasci laser ad alta potenza da 10 mm). Anche il prodotto dei parametri del fascio potenzialmente più piccolo dei laser da 1 mm può essere vantaggioso. Tuttavia, quest'ultimo potenziale non può essere realizzato con i laser ad alta potenza pompati a lampada e i laser pompati a diodo tendono ad essere più costosi. Per questi motivi, i laser a CO2 sono ancora ampiamente utilizzati nel settore del taglio e della saldatura, in particolare per le parti con uno spessore superiore a pochi millimetri, e le loro vendite rappresentano oltre il 10% di tutte le vendite globali di laser (al 2013). Questa situazione potrebbe in parte cambiare in futuro, grazie allo sviluppo di laser a disco sottile ad alta potenza e di cavi in fibra avanzati, in combinazione con tecniche che sfruttano l'elevata qualità del fascio di questi laser. A causa delle loro elevate potenze e delle alte tensioni di pilotaggio, i laser CO2 sollevano seri problemi di sicurezza laser. Tuttavia, la loro lunga lunghezza d'onda li rende relativamente sicuri per gli occhi a basse intensità. - Bibliografia C. K. N. Patel, "Continuous-wave laser action on vibrational-rotational transitions of CO2", Phys. Rev. 136 (5A), A1187 (1964) C. K. N. Patel, "Interpretation of CO2 optical maser experiments", Phys. Rev. Lett. 12 (21), 588 (1964) A. 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