لیزر کربن دی اکسید

لیزر کربن دی اکسید ( به انگلیسی: carbon dioxide laser ) یکی از قدیمی ترین لیزرهای گازی است که در سال ۱۹۶۴ توسط کومار پاتل در آزمایشگاه های بل[ ۱] اختراع شد و هنوز هم یکی از مفیدترین لیزر هاست. در حال حاضر لیزر دی اکسید کربن قدرتمندترین لیزر در حالت کارکرد پیوسته است که در دسترس است. نسبت توان خروجی به توان دمیده شده تا ۲۰٪ می رسد. لیزرهای CO2 نور مادون قرمز با طول موج مرکزی ۹٫۴ تا ۱۰٫۶ میکرومتر تولید می کنند.
محیط فعال لیزر ( محیط بهره/تقویت لیزر ) تخلیهٔ در گاز است که با هوا خنک می شود. ( در توان های بالا با آب خنک می شود ) داخل لوله تخلیه، از گازهای زیر پر شده است: تقریباً ۱۰ تا ۲۰٪ کربن دی اکسید، حدود ۱۰ تا ۲۰٪ نیتروژن، درصد کمی هیدروژن و/یا زنون ( معمولاً در لوله های مهر و موم شده استفاده می شود ) و باقی مانده گاز هلیوم است. نسبت های مختلف این گازها متناسب با کاریرد لیزر انتخاب می شود.
وارونگی جمعیت در لیزر CO2 به ترتیب زیر صورت می گیرد: برخورد الکترون، حرکات ارتعاشی نیتروژن را تحریک می کند. به علت اینکه مولکول های نیتروژن فقط از یک نوع اتم تشکیل شده است، نمی تواند انرژی خود را به صورت فوتون آزاد کند و مولکول های برانگیخته آن برای مدت طولانی در حالت شبه پایدار باقی می مانند. انتقال انرژی ضربه ای بین نیتروژن و دی اکسید کربن موجب تحریک ارتعاشی مولکول های دی اکسید کربن می شود و وارونگی جمعیت مورد نظر برای شروع کارکرد لیزر فراهم می شود. مولکول های نیتروژن در سطح برانگیخته پایین تر باقی می ماند و سقوط آنها به سطح انرژی پایه با برخورد به اتم های سرد ( کم انرژی ) هلیوم اتفاق می افتد. اتم های هلیوم داغ باید به منظور ایجاد وارونگی جمعیت در مولکول های کربن دی اکسید، سرد شوند. در لیزرهای مهر و موم شده این کار با برخورد اتم های هلیوم به دیواره لوله انجام می گیرد. در لیزرهای جاری شونده، یک جریان مداوم از گاز کربن دی اکسید و نیتروژن توسط تخلیهٔ در پلاسما تحریک می شود و ترکیبی از گازهای داغ ازکاواک خارج می شود.
بعلت اینکه لیزرهای CO2 در محدوده مادون قرمز کار می کنند، مواد ویژه ای برای ساخت آنها لازم است. معمولاً آینه ها از جنس نقره است در حالیکه پنجره ها ( روزنه ای در کاواک که فوتون ها از لیزر خارج می شوند ) و عدسی ها از ژرمانیوم و سلنید - روی ساخته می شوند. برای توان های بالا از آینه با جنس طلا استفاده می شود. همچنین از الماس نیز برای ساخت پنجره ها و عدسی استفاده می شود. قیمت الماس بسیار بالاست اما استحکام و هدایت گرمایی، آن را گزینه مناسبی برای ساخت لیزرهای با توان بالا می کند.