Teoria del laser CuCl
Il laser Copper Chloride e' una variante del laser a vapori di rame, ideato nel 1966.
Percio' e meglio aprire una parentesi e descrivere la :
Teoria del laser a vapori di rame
Il laser a vapori di rame e' contraddistinto da un'elevata efficienza, stimabile circa nell'1%,
tra le piu' elevate insieme al laser ad anidride carbonica.
Cio' permette la realizzazione di un sistema con un rapporto potenza resa/consumo molto
vantaggioso per tutte le applicazioni industriali da alta potenza.
Emette in due distinte lunghezze d'onda: 510.6 nm (giallo) e 578.2 nm (verde).
E' composto da un tubo in ceramica dove il rame polverizzato e' portato ad alta temperatura
(1650 gradi celsius +/- 50 gradi).
Nel tubo e' presente un gas inerte a bassa pressione, ad esempio elio a circa 1 Torr.
La scarica elettrica ad alta tensione tra gli elettrodi presenti alle estremita' del tubo
provoca la collisione degli elettroni con gli atomi di rame allo stato gassoso, che emettono
l'energia accumulata sotto forma di fotoni.
Il forte impulso di corrente (qualche KiloAmpere) necessaria per l'eccitazione e' ottenibile con
la scarica di un banco di condensatori collegati agli elettrodi.
Questo sistema permette percio' un funzionamento in modalita' impulsiva e non continua.
Sono comunque allo studio dei laser a rame funzionanti in modalita' continua (CW).
La durata tipica dell'impulso e' di circa 100 nanosecondi.
La frequenza delle scariche puo' arrivare anche a 200 Hz e piu', rendendo l'emissione
apparentemente continua.
Le applicazioni pratiche
Le applicazioni del laser a rame sono diverse :
- Pompaggio di altri laser, ad esempio quelli a coloranti, sintonizzabili su diverse frequenze.
- Incisione di metalli e altri materiali.
- Taglio di metalli e polimeri.
- Fotografia stroboscopica ad alta velocita'.
- Rilevamento di impronte digitali.
- Cura del cancro (sperimentale) con la distruzione delle cellule cancerose rese sensibili alla
specifica lunghezza d'onda del laser.
- Arricchimento dell'uranio 235 (al Lawrence Livermore Laboratories stanno sperimentando per
questa applicazione un laser da 6000 W!)
- Effetti luminosi e scenografici.
- Olografia.
- Un sacco di altra roba.
Le varianti del laser Copper Chloride
Il problema piu' arduo da risolvere nella costruzione del laser a vapori di rame e' la
relativamente alta temperatura di funzionamento.
Per ottenere l'emissione laser con temperature piu' basse si e' provato a sostituire il rame
metallico con dei sali di rame che vaporizzano a temperatura piu' bassa.
Uno dei possibili candidati e' il Clururo Rameroso (CuCl) che vaporizza a 390 gradi.
C'e' pero' un ulteriore problema da risolvere, e cioe' la dissociazione del composto
prima dell'eccitazione.
Per far questo si ricorre ad una doppia scarica elettrica, la prima serve per dissociare il CuCl
in atomi di Rame e Cloro, la seconda serve ad eccitare gli atomi di Rame.
L'intervallo tra le due scariche e' di circa 150 nanosec.
Per ottenere questa coppia di scariche e' necessario ricorrere ad uno speciale alimentatore
duale dotato di un dispositivo chiamato "pulser", una sorta di interruttore rotante in grado
di erogare le forti correnti ad alta tensione con una certa precisione.
La commutazione avviene tramite le "spark gap", degli elettrodi posti ad una certa distanza
dal disco rotante.
Regolando la distanza delle spark gap si stabilisce il ritardo tra le doppie scariche.
La realizzazione del pulser e' molto critica, da esso dipende infatti il funzionamento o meno
del laser.
La taratura delle spark gap deve essere effettuata con estrema cura.
Il sottosistema di alimentazione del laser e' progettato per erogare delle rapidissime scariche
di alcune migliaia di ampere, ad una tensione molto elevata.
Per evitare un dannoso effetto induttivo, le connessioni elettriche della sezione di scarica
sono realizzate con conduttori in piattina metallica al posto dei normali cavi elettrici.
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