Tìm hiểu về Laser CO2

05/01/2023

Tóm tắt nội dung

1. Laser CO2 là gì
2. Đặc điểm của Laser CO2
3. Cấu tạo của Laser CO2
4. Nguyên lý hoạt động của Laser CO2
5. Ưu và nhược điểm của Laser CO2
6. Ứng dụng của Laser CO2
7. Địa chỉ cung cấp CO2 công nghiệp

Laser CO₂ hay laser carbon dioxide là một trong những loại laser khí được phát triển sớm nhất. Từ khi được phát minh năm 1964 đến nay, nó vẫn là một trong những loại laser hữu dụng nhất. Laser CO₂ là loại laser sóng liên tục có công suất cao nhất hiện có. Ngày nay laser CO₂ được ứng dụng rộng rãi không chỉ trong lĩnh vực hàn cắt mà cả trong lĩnh vực y tế, đặc biệt là nha khoa và thẩm mỹ. Hãy cùng khí công nghiệp Hỷ Vân đi tìm hiểu về laser CO₂ qua bài viết dưới đây

1. Laser CO₂ là gì

Về bản chất, tất cả các tia laser đều hoạt động bằng cách cung cấp năng lượng dưới dạng ánh sáng. Laser CO₂ là loại laser khí sử dụng khí CO₂ làm môi trường. Hỗn hợp gồm khí CO₂ cùng với nitơ, hidro và heli được nạp đầy và đóng kín trong ống phóng điện. Khi các điện cực phóng điện, plasma được tạo ra trong khí. Sau đó tia sáng được tạo ra sẽ được khuếch đại khi truyền qua lại trong hệ thống gương phản xạ toàn phần và gương phản xạ một phần. Tia sáng này được dẫn hướng bởi các ống dẫn sóng rỗng tới nguồn mong muốn của chúng. Cuối cùng tia laser hoạt động như một dụng cụ hàn, cắt hoặc máy hóa hơi mô mà nó tiếp xúc.

Laser CO₂ có chiều dài bước sóng dài nhất trong tất cả các loại laser thường được sử dụng, dài hơn mười lần so với laser có chiều dài bước sóng tiêu chuẩn.

- Xem thêm: Khí CO2 là gì và những ứng dụng trong cuộc sống

2. Đặc điểm của Laser CO₂

- Là loại laser phân tử khí.
- Sử dụng môi trường hoạt tính: hỗn hợp gồm CO₂, N₂ và He hoặc hơi nước.
- Sử dụng phương pháp phóng điện.
- Gồm hai gương cầu lõm tạo thành một khoang cộng hưởng.
- Công suất đầu ra khoảng 10kW.
- Đầu ra có thể là một sóng liên tục hoặc xung.
- Đầu ra của bước sóng là 0,6μm và 10,6μm.

3. Cấu tạo của Laser CO₂

Laser carbon dioxide là loại laser có sóng đầu ra liên tục với cấu tạo khá đơn giản. Một tia laser carbon dioxide bao gồm một ống phóng điện thạch anh có đường kính 2,5 cm và chiều dài khoảng 5 mét. Ống phóng chứa hỗn hợp CO₂, N₂ và He theo tỉ lệ 1:2:3 cùng với hơi nước. Sự chuyển đổi giữa các trạng thái rung động của các phân tử CO₂ và mức độ quay của các phân tử CO₂ tạo ra năng lượng cho tia laser.

Tất cả hỗn hợp khí sẽ được bao bọc giữa một bộ gương tạo thành hệ thống cộng hưởng quang học. Hệ thống gồm một gương phản xạ toàn phần và một gương phản xạ một phần. Do laser CO₂ hoạt động trong vùng hồng ngoại của quang phổ nên các thành phần quang học của chúng cần được chế tạo từ các vật liệu chuyên dụng. Gương được tráng bạc, cửa sổ và thấu kính được làm bằng germanium. Đối với các ứng dụng năng lượng cao, chúng được thay thế bằng gương vàng và cửa sổ, thấu kính làm bằng kẽm selenua. Một số trường hợp đặc biệt có thể sử dụng kim cương làm cửa sổ và thấu kính.

4. Nguyên lý hoạt động của Laser CO₂

Khi được kích thích bởi dòng điện, các phân tử nitơ trong hỗn hợp khí chuyển sang trạng thái kích thích và thu năng lượng. Lý do sử dụng khí nitơ vì nó có khả năng giữ trạng thái kích thích trong thời gian dài mà không có bất kỳ sự giải phóng năng lượng nào. Các phân tử Carbon dioxide sau đó bị kích thích bởi các rung động năng lượng cao của nitơ. Những phân tử bị kích thích này sau đó giải phóng năng lượng dư thừa dưới dạng ánh sáng. Bước sóng của ánh sáng được giải phóng nằm trong quang phổ hồng ngoại do đó không nhìn thấy được. Sau đó, chùm tia ánh sáng cộng hưởng giữa gương phản chiếu một phần và gương phản chiếu toàn phần cho đến khi đạt được độ sáng mong muốn. Tại đầu phát laser, tia laser đi qua một thấu kính hội tụ khiến nó trở thành một điểm cực nhỏ và làm tăng mật độ năng lượng của tia laser.

Mặc dù có thể thực hiện kích thích trực tiếp các phân tử carbon dioxide, nhưng người ta đã chứng minh rằng sử dụng sự truyền năng lượng cộng hưởng từ các phân tử nitơ là hiệu quả nhất. Khi được kích thích bởi dòng điện, các phân tử nitơ có mức dao động siêu bền và truyền năng lượng kích thích của chúng cho các phân tử carbon dioxide khi va chạm với chúng.

Chức năng của heli là làm giảm mức độ thấp hơn của tia laser và loại bỏ nhiệt. Các nguyên tử nitơ trong trạng thái kích thích tiếp xúc với các nguyên tử heli rất lạnh trở nên mất trạng thái kích thích và giải phóng năng lượng dưới dạng photon. Trong quá trình hoạt động của laser, CO₂ có thể bị phân hủy thành carbon monoxide (CO). Đây là một tác dụng phụ không mong muốn và việc có một lượng nhỏ hơi nước hoặc hydro có thể giúp kích hoạt quá trình tái oxy hóa, chuyển đổi CO trở lại thành CO₂.

Công suất đầu ra trung bình của laser CO₂ nằm trong khoảng từ hàng chục watt đến nhiều kilowatt. Hiệu quả của việc chuyển đổi năng lượng có thể rơi vào khoảng từ 10% đến 20%. Nó cao hơn hầu hết các loại laser khí khác (do có một lộ trình thuận lợi cụ thể), cũng cao hơn so với các loại laser trạng thái rắn, nhưng thấp hơn so với các loại laser đa năng được bơm diot.

5. Ưu và nhược điểm của Laser CO₂

Ưu điểm

- Cấu tạo đơn giản.
- Đầu ra của tia laser là sóng liên tục.
- Hiệu quả cao.
- Công suất đầu ra rất cao.
- Chiều dài ống khí có thể được kéo dài để tăng năng lượng.

Hạn chế

- Hoạt động của tia laser có thể bị ảnh hưởng bởi carbon monoxide.
- Nhiệt độ hoạt động là yếu tố chính trong việc xác định công suất đầu ra của laser.
- Các tấm phản xạ có thể bị ăn mòn.
- Tổn thương mắt vô hình do vùng hồng ngoại có thể xảy ra.

6. Ứng dụng của Laser CO₂

Ứng dụng laser CO₂ trong lĩnh vực y tế

Laser CO2 là laser sóng liên tục, chúng tạo ra tia laser ổn định ở bước sóng hồng ngoại 0,600 nm. Bước sóng đặc biệt này cho phép chúng cắt chính xác và làm đông mô hiệu quả, làm cho laser CO2 trở nên lý tưởng cho các thủ thuật tinh vi như cắt mô, sinh thiết, v.v. Gần đây, một loại laser CO2 có khả năng tác động đến mô cứng đã ra đời, cho phép cắt men, ngà và xương hiệu quả.

- Phẫu thuật Laser CO₂
  Phương pháp phẫu thuật bằng laser CO₂ ít gây chảy máu hơn và thời gian phẫu thuật ngắn hơn. Chúng cũng ít gây ra nguy cơ nhiễm trùng và ít sưng hơn sau phẫu thuật. Đây là loại laser tốt nhất cho mô mềm vì các mô mềm chứa 90% là nước và nước có khả năng hấp thụ bước sóng của laser CO₂. Laser CO₂ được sử dụng nhiều trong phẫu thuật tai, mũi, họng. Chúng cũng được sử dụng trong các quy trình phẫu thuật đầu và cổ và để điều trị condylomata acuminata, khối u nội biểu mô và các tổn thương khác trong phẫu thuật phụ khoa.
- Laser CO₂ trong điều trị da liễu
  Laser CO₂ được sử dụng trong các điều trị tái tạo bề mặt da. Nó giúp loại bỏ rất chính xác các lớp da mỏng với tổn thương nhiệt tối thiểu tại các cấu trúc xung quanh. Người ta thường sử dụng khái niệm làm bốc hơi da bằng chùm tia laser năng lượng cao. Điều này tạo ra một vết thương được kiểm soát cho da. Chúng được sử dụng để điều trị nếp nhăn, xóa săm và loại bỏ vết bớt, mụn cóc, sẹo.
- Laser CO₂ trong điều trị nha khoa
  Với tính hiệu quả và an toàn, laser CO2 giúp nha sĩ thực hiện nhiều quy trình và phương pháp điều trị khác nhau. Laser CO2 cung cấp các hiệu ứng nhiệt có kiểm soát và niêm phong các đầu dây thần kinh, cho phép bệnh nhân có trải nghiệm thoải mái và ổn định hơn. Khi so sánh với các mũi khoan nha khoa truyền thống, laser CO2 thường ít gây đau đớn, giảm nhu cầu gây mê. Chúng cũng giảm thiểu chảy máu và sưng tấy trong quá trình điều trị mô mềm, giúp răng và nướu khỏe mạnh hơn. Ngoài ra, laser CO2 giúp giảm thời gian thực hiện thủ thuật và có thể giảm hoặc loại bỏ chỉ định khâu trong nhiều trường hợp.

Laser CO2 được sử dụng trong điều trị nha khoa

Ứng dụng laser CO₂ trong công nghiệp

Một chùm tia laser có khả năng tập trung nguồn năng lượng cực lớn vào một khu vực nhỏ. Do đó, nó được sử dụng trong công nghiệp để hàn, cắt, khắc và tạo lỗ.

- Hàn
  Trong quá trình hàn, các thành phần được nối với nhau và sử dụng nhiệt độ cao để làm nóng chảy vật liệu. Tuy nhiên nhiệt độ không được quá cao tới mức làm bay hơi vật liệu. Hai kim loại khác nhau có thể được nối bằng laser CO₂. Hàn laser CO₂ được sử dụng trong sản xuất máy bay, ô tô và điện tử.
- Cắt và Khắc
  Kỹ thuật xử lý cắt hoặc khắc bằng laser CO₂ được sử dụng để loại bỏ một phần vật liệu khỏi một chất. Laser CO2 sử dụng nhiệt trên mục tiêu, cho phép nó được sử dụng để khắc hoặc cắt lỗ, cắt cổng và cắt demi (đứt nửa) nhãn dán. So với các công cụ cắt cơ khí, cắt bằng laser CO2 có ưu điểm là ngăn ngừa sự suy giảm chất lượng do mài mòn công cụ và không cần bảo trì. Vật liệu được cắt có thể là kim loại hoặc phi kim như titan, thép không gỉ, thủy tinh gốm, nhựa và gỗ.

Ứng dụng laser CO₂ trong đo lường

Radar sử dụng sóng vô tuyến để phát hiện các vật thể và sắp xếp các vật thể trong không gian. Laser CO₂ cũng được sử dụng theo cách này để theo dõi và đo lường. Kỹ thuật này giúp xác định, quan sát và đo lường các đối tượng ở những vị trí khó tiếp cận.

7. Địa chỉ cung cấp CO₂ công nghiệp

Bạn đang băn khoăn không biết mua CO₂ ở đâu chất lượng và giá tốt? Hãy lựa chọn ngay công ty khí công nghiệp Hỷ Vân. Với kinh nghiệm 30 năm trong ngành, chúng tôi cam kết mang đến cho khách hàng những sản phẩm tốt nhất với giá cả cạnh tranh nhất thị trường, đảm bảo sự hài lòng tuyệt đối cho mọi khách hàng.

Công ty khí công nghiệp Hỷ Vân chuyên cung cấp khí CO₂ công nghiệp uy tín hàng đầu, chúng tôi chuyên sản xuất, chiết nạp, bán lẻ khí CO₂ tinh khiết, khí CO₂ công nghiệp chất lượng cao.
Quý khách hàng có nhu cầu đặt hàng có thể liên hệ số điện thoại 0969.690.155 để được tư vấn trực tiếp, miễn phí!