Instalații de prelucrare cu laser

1.1.Breviar teoretic

Laserul este echivalentul actiunii de amplificare a luminii prin stimularea emisiei de radiatii. Laserele sunt dispozitive care amplifica lumina si produc raze clare de lumina, ce trec rapid din infrarosu in ultraviolet. O raza de lumina este clara atunci când undele sau fotonii ei se propaga toate împreuna. De aceea, lumina laser, poate fi extrem de intensa, foarte directionata (sub forma uni fascicul) si foarte pura in culoare (in frecventa).Acum dispozitivele laser lucreaza in gama de frecventa a razelor X.

Cuvântul LASER provine din limba engleza, el fiind ancronimul pentru "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation". Un laser este o sursa de lumina, dar total diferita fata de un bec normal. Primul laser a fost facut de Theodore H Maiman în 1960. El a montat o bucata de rubin tratata special intr-un blit folosit pentru facut fotografii. Când lampa blit-ului a fost aprinsa, o pulsatie intensa de lumina rosie a iesit de la capatul rubinului. Aceasta pulsatie a fost monocromatica si coerenta. Diferenta dintre lumina emisa de un bec normal si un laser este ca si aceea dintre zgomotul alb si un ton curat.

La inceput, laserul a fost considerat o "solutie" la multe "probleme". "Problemele" insa nu existau inca. Dar cu timpul, ele au inceput sa apara, în numar tot mai mare. Nu ne-am putea imagina lumea de astazi fara lasere: folosite peste tot, de la CD playere la imprimante cu laser, fibre optice, comunicatii, taierea si sudura industriala, tratamente si operatii medicale, holografie, spectacole luminoase (lasershows), cercetare în mai multe domenii, masurare "fara atingere", chiar si armament. Caracteristicile unice ale unui laser - monocromaticitatea, coerenta si paralelismul razei - îl fac potrivit pentru multe aplicatii.

Laserii sunt surse de radiatii electromagnetice care emit in domeniul optic al spectrului (ultraviolet, vizibil, infrarosu). Emisia lor este total diferita de cea a surselor clasice de radiatii electromagnetice, prezentand proprietati specifice, capabile de cele mai diverse aplicatii in stiinta si tehnica.

Laserele forteaza atomii sa stocheze si sa emita lumina întrun fascicul coerent. Electronii dintr  un atom, intr un mediu laser sunt la început pompati, sau energizati, pîna la o limita de excitare, de catre o sursa de curent electric. Ei sunt apoi stimulati cu fotoni externi, sa emita energia stocata tot sub forma de fotoni; acest proces este cunoscut sub denumirea de emisie stimulata.

Fotonii emisi au o frecventa caracteristica egala cu cea a atomilor si se misca împreuna cu fotonii stimulatori, iar prin interferenta lor excita atomii sa elibereze mai multi fotoni. Amplificarea luminii se face prin miscarea fotonilor intre doua oglinzi paralele stimulându  se astfel emisia. Lumina monocroma, directionata si foarte intensa, in final, iese prin una dintre oglinzi, care este partial argintata.

Atom

Emisie stimulata

Raza laser

Emisia stimulata, procesul fundamental al actiunii laserului, a fost pentru prima oara propus de Albert Einstein in 1917. Principiile functionarii insa, au fost subliniate de fizicienii americani Arthur Leonard Schawlow si Charles Hard Townes in aplicatia lor din anul 1958. Inventia a fost patentata, dar mai târziu a fost schimbata de fizicianul si inginerul Gordon Gould. In 1960 fizicianul american Theodor Maiman observa prima actiune laser in rubin solid. Un an mai târziu a fost construit un laser gazos pe baza de heliu  neon, de catre fizicianul american de origine irakiana Ali Javan. Apoi in anul 1966 un laser lichid a fost construit de fizicianul Peter Sorokin. In 1970 tribunalul Oficiului de Inventii al Statelor Unite, atribuie lui Gordon Gould meritul descoperirii principiilor de functionare a laserului.

Cu toate ca LASER sugereaza faptul ca laserul este un "amplificator" (dispozitiv pentru marirea puterii unui semnal), majoritatea laserelor sunt de fapt niste oscilatoare (surse de lumina). Cu toate acestea, lasere în adevaratul sens al cuvântului exista. Puterea unui laser poate varia de la mai putin de un mW la milioane de W. De asemenea, el poate lucra în impulsuri sau continuu.

Partile constituente ale unui laser sunt : mediul activ, sistemul de excitare si rezonatorul optic. Partea esentiala a unui dispozitiv laser o constituie mediul activ, adica un mediu in care se gasesc atomii aflati intr-o stare energetica superioara celei de echilibru. In acest mediu activ se produce amplificarea radiatiei luminoase (daca avem o radiatie luminoasa incidenta) sau chiar emisia si amplificarea radiatiei luminoase (daca nu avem o radiatie luminoasa incidenta). Acesta poate fi solid, lichid, gaz sau un material semiconductor care poate fi excitat la un nivel mai mare de energie. Trebuie sa fie posibila excitarea majoritatii particulelor la un nivel mai ridicat de energie. Aceasta se numeste inversie de populatie. Trebuie ca emisia stimulata sa declanseze o tranzitie pe un nivel inferior de energie.