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
2O 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
2O 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