L??ser de di??xid de carboni

De Viquip??dia

El l??ser de di??xid de carboni, o l??ser de CO₂, ??s un tipus de l??ser de gas destacable per la seva gran pot??ncia. Fou un dels primers l??sers de gas que es va desenvolupar: fou inventat per Kumar Patel dels laboratoris Bell l'any 1964^[1] i segueix sent un dels l??sers m??s utilitzats. Els l??sers de di??xid de carboni s??n actualment els que ofereixen una pot??ncia m??s alta en funcionament continu (no polsat). A m??s a m??s, tamb?? s??n un dels l??sers m??s eficients, amb una efici??ncia de fins al 20%. El l??ser de di??xid de carboni emet en l'infraroig amb dues bandes principals a unes longituds d'ona de 9,4 i 10,6 ??m.

[edita] Descripci?? general i proc??s d'emissi??

El medi actiu ??s una mescla de gasos continguda en un tub de desc??rrega, habitualment refrigerada per aire, per?? que en aplicacions d'alta pot??ncia es refrigera per aigua. La mescla de gasos t?? la composici?? aproximada seg??ent, que varia en cada l??ser particular:

• entre un 10% i un 20% de di??xid de carboni (CO₂),
• entre un 10% i un 20% de nitrogen molecular (N₂),
• poc m??s de l'1% d'hidrogen molecular (H₂) i/o xen?? (Xe),
• la resta d'heli (He).

El proc??s d'emissi?? l??ser es produeix de la forma seg??ent:

1. El bombeig s'aconsegueix mitjan??ant una desc??rrega el??ctrica a trav??s del tub. Els impactes dels electrons exciten els estats vibracionals de les mol??cules de nitrogen. Com el nitrogen ??s una mol??cula homonuclear (que cont?? nom??s un tipus d'element qu??mic) no pot perdre energia a trav??s de l'emissi?? de fotons i, per tant, els seus estats excitats vibracionals s??n metaestables, ??s a dir, tenen una vida mitjana relativament llarga.
2. Les col??lisions entre les mol??cules de nitrogen i les de di??xid de carboni permeten una transfer??ncia energ??tica entre ambdues que provoca l'excitaci?? dels estats vibracionals del di??xid de carboni, amb una efici??ncia suficient per obtenir inversi?? de poblaci?? en el di??xid de carboni.
3. Amb la inversi?? de poblaci?? es produeixen diverses transicions l??ser a partir de les bandes de vibraci??-rotaci?? de la mol??cula triat??mica de di??xid de carboni, que poden seleccionar-se gr??cies a una ajustament fi de la cavitat ressonant. Aquest ajustament s'acostuma a aconseguir amb una xarxa de difracci??, que es pot girar i, d'aquesta manera, permet seleccionar una l??nia d'emissi?? particular. L'ajustament m??s fi de freq????ncia s'aconsegueix amb un interfer??metre Fabry-P??rot. En definitiva, es pot aconseguir un conjunt de longituds d'ona des de 11,3 ??m a 9,17 ??m, separades entre s?? uns 30 GHz.

Com els l??sers de di??xid de carboni emeten en l'infraroig, calen materials especials per construir-los. Normalment els miralls s??n de molibd??, or o silici revestit, mentre que les finestres d'obertura i les lents estan fetes de germani o seleniur de zinc. En aplicacions d'alta pot??ncia es prefereixen els miralls d'or i les finestres i lents de seleniur de zinc. Hist??ricament les lents es feien d'algun tipus de sal (clorur de sodi o clorur de potassi), per?? es degradaven progressivament amb l'exposici?? a la humitat atmosf??rica. La forma m??s b??sica d'un l??ser de di??xid de carboni est?? formada per un gas, amb la mescla especificada anteriorment, dins d'un tub de desc??rrega i amb un acoblador ??ptic a l'extrem de sortida (normalment un mirall semireflector de seleniur de zinc). La reflectivitat del mirall ??s d'un 5-15%.

El l??ser de di??xid de carboni es pot construir amb pot??ncies que van dels milivats (mW) fins als gigavats (GW). Tamb?? ??s relativament f??cil adaptar-hi un proc??s de commutaci?? Q mitjan??ant un mirall rotatori o un commutador electro??ptic; d'aquesta manera es poden obtenir polsos amb pot??ncies m??ximes de 100 a 1.000 vegades superiors a la del funcionament continu.

[edita] Aplicacions

Gr??cies a la facilitat amb que es poden aconseguir altes pot??ncies, juntament amb un cost relativament baix, els l??sers de di??xid de carboni s'utilitzen ??mpliament en aplicacions industrials de tall i soldadura (com a la ind??stria automobil??stica, per exemple).

Tamb?? s'utilitzen en procediments quir??rgics ja que l'aigua (que forma la majoria de teixits biol??gics) absorbeix molt b?? les freq????ncies infraroges del l??ser de di??xid de carboni. Alguns exemples s??n el tractament de l'acne o de la telangi??ctasi d'aranya (un s??mptoma de l'ataxiatelangi??ctasi) i les operacions de ritidectomia.

Aquest tipus de l??sers tamb?? s'utilitzen en telemetria amb t??cniques LIDAR, gr??cies a la transpar??ncia de l'atmosfera terrestre a les seves longituds d'ona.

[edita] Refer??ncies

1. ??? Kumar Patel (1964). ??Continuous-Wave Laser Action on Vibrational-Rotational Transitions of CO₂??. Physical Review 136 (5A): A1187???A1193.