Laser – jest to urządzenie generujące spójną wiązkę promieniowania elektromagnetycznego w zakresie fal od ultrafioletu do podczerwieni, w którym, w ośrodku aktywnym, po odwróceniu obsadzeń poziomów energetycznych wykorzystane jest zjawisko wzmocnienia promieniowania przez emisję wymuszoną.
Budowa lasera jest następująca. Elementy lasera::
- Ośrodek czynny czyli medium w którym odbywa się akcja laserowa
- Rezonator optyczny, system luster które zawracają wiązkę z powrotem do ośrodka i wzmacniają ją, jak również kontrolują długość fali emitowanego prom laser.
- Źródło zasilania (pompowania) które dostarcza elektronów lub fotonów do lasera( wzbudza laser)
- System chłodzenia który odbiera duże ilości ciepła od ośrodka laserującego i rury rezonatora
Właściwości wiązki:
- wiązka emitowana jest w jednym kierunku,
- kąt rozbieżności wiązki jest mały,
- wiązkę można zogniskować prostym układem optycznym uzyskując plamkę o małej średnicy,
- promieniowanie jest monochromatyczne, spójne, koherentne czasowo i przestrzennie tzn. występuje stały związek fazowy dla wiązki w czasie i między dowolnymi punktami jej przekroju poprzecznego,
- długość fali promieniowania wynosi 10 nm – 1mm,
- praca ciągła lub impulsywna lasera,
- rozkład natężenia prom jest opisany funkcją Gaussa.
Rodzaje laserów:
1. Ze wzgledu na rodzaj emisji promieniowania mamy lasery:
- o pobudzieniu ciągłym (neodymowy YAG)
- o pobudzeniu impulsowym ( rubinowy, neodymowy szklany )
2. Ze względu na rodzaj ośrodka czynnego:
- gazowe ( atomowe, jonowe, na parach metali, molekularne, ekscimerowe)
- stale ( krystaliczne- rubinowy, szklane – neodymowy, półprzewodnikowe)
Ze względu na charakter pracy lasery dzielimy na: lasery impulsowe i lasery ciągłego działania, generujące promienie koherentne w szerokim przedziale długości fal od dalekiej podczerwieni do ultrafioletu i promieni Rentgena.
Moc laserów ciągłego działania wynosi od 10-4 do 106 W.
Energia laserów impulsowych (impulsy jednokrotne) wynosi od 10-5 do 105 J. Długość impulsu osiąga ekstremalnie niskie wartości, bo dochodzące do femtosekund (fms=10-15 s).
Wśród wielu typów laserów ze względu na wykorzystywany materiał aktywny można mówić o laserach:
- na ciele stałym (krysztale lub szkle),
- gazowych (atomowych, molekularnych, jonowych),
- półprzewodnikowych,
- chemicznych,
- cieczowych,
- ekscimerowych (zwanych też ekscymerowymi),
- na swobodnych elektronach,
- plazmowych, itp.
Do obróbki laserowej metali wystarczają lasery o mocy rzędu 0,5-10 kW. Istotne w tej metodzie jest to, że nagrzanie powierzchni następuje w ciągu ułamka sekundy, po czym zachodzi bardzo szybkie ostudzenie sfery nagrzewanej przez zimną osnowę stali, są więc stworzone warunki do bardzo szybkiej krystalizacji i zajścia przemiany martenzytycznej. Metoda obróbki laserowej znalazła zastosowanie do obróbki stali.
Hartowanie laserowe