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Este tópico apresenta as características do laser de dióxido de carbono que será utilizado para o projeto de uma fonte de excitação do sistema de raio laser, mais especificamente o tubo de descarga luminescente modelo PLX −100, fabricado pela Parallax Technology, Inc. [10].

Primeiramente serão descritas as características técnicas e físicas gerais dos lasers de CO , o que possibilitará, para os capítulos seguintes, a aproximação das 2 características elétricas por intermédio de um circuito equivalente e as respectivas simulações.

2.4.1Características Técnicas do Laser de CO

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O laser de dióxido de carbono, gás que constitui o meio ativo como descrito anteriormente, foi inventado em 1964 pelo cientista Kumar Patel no Laboratório de Bell, sendo um dos lasers mais utilizados atualmente [8].

A onda emitida pelo laser de CO possui um comprimento de onda em torno de 2 9.4 a 10.6 mµ . O gás de enchimento dentro do tubo apresenta os seguintes compostos e pode apresentar variação dependendo da utilização [7]:

• Gás CO (Dióxido de Carbono) em torno de 10 20%2 − . • Gás N (Nitrogênio) com uma porcentagem de 10 20%2 − . • Gás H (Hidrogênio) com baixa porcentagem. 2

Gás He (Hélio) com o restante da porcentagem do gás.

A mistura de outros gases ao meio ativo eleva a eficiência do laser, auxiliando na pressão de confinamento e na troca de calor. Uma observação a ser feita, diz respeito aos materiais utilizados para a produção do laser, tais como o comprimento e forma do tubo, a temperatura do gás e a pressão.

A característica elétrica IxV da Fig. 2-18 representa as regiões aproximadas de operação do laser modelo PLX −100, fabricado pela Parallax Technology, Inc. utilizado para implementação prática do protótipo.

Fig. 2-18 – Característica corrente tensão para o tubo de descarga PLX −100.

A Fig. 2-19 mostra as formas características do comportamento da tensão e corrente ao longo do tempo para o laser de dióxido de carbono do tipo selado modelo

100 PLX − .

Fig. 2-19 – Característica temporal de tensão e corrente para o tubo de descarga PLX −100.

A representação da Fig. 2-18 e Fig. 2-19 são especificas do laser PLX −100, mas em geral, tais curvas ilustram as características elétricas típicas de um tubo de descarga de dióxido de carbono.

2.4.2Construção do Laser de CO

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O laser de dióxido de carbono opera no infravermelho, sendo deste modo necessário implementar materiais especiais para a confecção do aparelho.

Tipicamente os espelhos refletores são feitos de silício, alumínio, molibdênio, ou revestido com ouro, e em relação às janelas e as lentes a matéria prima utilizada é germânio ou seleneto de zinco [7].

A Fig. 2-20 apresenta os elementos que compõem o tubo do laser de CO . 2 Observa-se que o meio ativo é uma mescla de gases cujo principal elemento é o CO 2 [9].

Fig. 2-20 – Constituição física do laser [9].

A presença dos eletrodos no tubo de descarga, quando alimentados por uma fonte de tensão, garante a excitação dos elétrons presentes no meio ativo. Este fato desencadeia os processos de emissão estimulada e emissão espontânea dos elétrons, que por sua vez são amplificados pela ação de reflexão dos espelhos.

Os espelhos que compõem o tubo de descarga de CO são compostos que não 2 são necessariamente bons refletores para outros tipos de tubos. Estes espelhos são especialmente fabricados para este tipo de laser.

Em geral os espelhos possuem a forma plana ou curvada, e os componentes utilizados no processo de fabricação podem ser [7]:

Ouro ( Au ) Cobre ( Cu ) Alumínio ( Al ) Molibdênio ( Mo ) • Compostos Siliconados.

Os materiais utilizados para a refração da luz são compostos em grande parte pelos seguintes materiais [7]:

Seleneto de Zinco ( ZnSe ) Germânio ( Ge )

Sulfeto de Zinco ( ZnS )

O refrigerante utilizado para manter as condições ideais para o funcionamento do laser de dióxido de carbono geralmente é a água, sendo esta de fundamental importância para manter a temperatura nas condições ideais de uso do equipamento.

Outro ponto a ser observado é a existência de um sistema de vácuo e um permutador de calor, de modo a permitir que a mistura gasosa tenha as condições ideais de pressão e temperatura, respectivamente.

Há três tipos de laser de CO que se diferenciam entre si através do processo de 2 fabricação, seja pelo modo que se dá o fluxo do gás (axial, transversal ou selado) e/ou a mistura gasosa que compõem o meio ativo [7].

2.4.3Aplicações

As principais aplicações do laser de dióxido de carbono são de uso industrial, utilizados principalmente no corte de metais, tecidos, papéis e tratamento de materiais. A seguir serão apresentadas as principais aplicações para as três estruturas mais empregadas nos lasers de dióxido de carbono (axial, transversal ou selada).

O laser do tipo axial tem como característica funcional o bombeamento da mistura gasosa de uma extremidade para outra. O Hélio ( He ) e o Nitrogênio (N ) são 2 adicionados para elevar a eficiência da descarga. A potência de saída produzida por este tipo de laser varia entre 40 a 80 Watts por metro, em relação ao comprimento do tubo. Em geral são utilizados no tratamento de materiais [7].

Quando o fluxo de gás tem o sentido transversal ao feixe luminoso, diz-se que este é do tipo transversal. Em virtude do grande espaço ocupado pela cavidade ressonante (meio onde ocorre a reflexão do feixe), a estrutura pode varia de 6 kW até 45 kW . A qualidade do laser resultante é mais apropriada para a soldagem e tratamento de superfícies do que para o corte.

A estrutura do tipo selada utiliza somente o gás confinado dentro do tubo, diferentemente das outras estruturas em que há necessidade de tubos que mantenham a troca constante do gás. O laser de CO selado tem uma potência inferior à 100W . Esta 2 estrutura é a utilizada no modelo PLX −100 da Parallax Technology, Inc. existente no

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